[发明专利]基于涂布方式制备纸基电极的方法

说明书

一种基于涂布方式制备纸基电极的方法，所述方法包括：设计并制作具有镂空图案结构的金属掩膜版；将疏水涂布液涂布在纸张表面上；将具有镂空图案结构的掩膜版放置在所述纸张上方后，对位于掩膜版的镂空区域下方的纸张进行等离子体处理；通过涂布导电油墨的方式在纸张上形成图案，并经烧结处理获得电极，所述图案与所述掩膜版的镂空区域相对应。本发明提供的基于涂布方式制备纸基电极的方法通过纸张表面疏水化并结合掩膜版等离子体处理技术，在纸张上获得具有润湿性差异的隐形图案，之后涂布导电油墨，由于润湿性差异及疏水区低粘附力，使疏水区的油墨完全去浸润到亲水区，实现了以纸张作为基底进行边缘光滑、高导电精细图案的制备。

技术领域

本发明涉及纸电子技术领域，具体地涉及一种基于涂布方式制备纸基电极的方法。

背景技术

纸张与塑料基底相比，具有原料来源广泛、韧性良好、重量轻薄、易降解、价格低廉等优势，可用于印刷电子的基底材料，实现低成本、机械柔性好、可生物降解的纸基电子器件(paper-based electronics device)。随着石墨烯、碳纳米管、金属纳米粒子、液体金属等导电材料制备技术的发展，以及纳米材料的可溶液化处理，促进了采用丝印、凹印、喷墨、直写等印刷方法制备纸基电极的技术的发展。

目前报道的用于印刷纸基电极的纸张以表面孔隙率小、具有多层功能结构(油墨吸收层、油墨阻隔层)的照片级喷墨打印相纸为主，而铜版纸、胶版纸等普通纸张作为印刷包装中最常用的纸张，虽具有价格优势，但一直以来无法用于纸基电子中。这是因为，这些纸张表面孔隙率高、孔径大，具有较快的吸墨速度，大多数银纳米粒子容易快速渗透到纸张纤维内部，使保留在纸张表面的银粒子数量大大减少，严重影响导电油墨在其表面的导电性；同时，造成油墨在纸张表面容易扩散严重，大大降低了印刷图案的边缘光滑度和精度。另外，由于这些纸张粗糙度高，要求印刷的墨层厚度大于纸张的粗糙度方可形成连续的墨层。

发明内容

本发明的目的在于提出一种在纸张上，包括印刷常用的铜版纸、胶版纸，制备纸基电极的方法，以在纸张上获得边缘光滑、高导电、高精度的电极。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于涂布方式制备纸基电极的方法，所述方法包括以下步骤：设计并制作具有镂空图案结构的金属掩膜版；将具有低粘附力的疏水涂布液涂布在纸张表面上；将具有镂空图案结构的掩膜版放置在所述纸张上方后，对位于掩膜版的镂空区域下方的纸张进行等离子处理；通过涂布导电油墨的方式在纸张上形成图案，并经烧结处理获得电极，所述图案与所述掩膜版的镂空区域相对应。

上述方案中，所述电极包括导电线条状或圆形或方形电极。

上述方案中，所述疏水涂布液为含氟聚合物、纳米二氧化硅粒子的复合物；和/或，在将疏水涂布液涂布在纸张表面上之后，在进行等离子体处理前，所述纸张表面的接触角大于120°，所述纸张表面的粘附力小于20μN。

上述方案中，所述纸张为以下任一种：铜版纸、胶版纸、灰底白卡纸或轻涂纸；和/或，所述将疏水涂布液涂布在纸张表面上的涂布方式为以下任一种：丝棒涂布、玻璃棒涂布、刮刀涂布、气流喷涂或超声波喷涂；和/或，所述涂布导电油墨的方式为以下任一种：丝棒涂布、玻璃棒涂布、刮刀涂布、气流喷涂或超声波喷涂。

上述方案中，所述金属掩膜版是包括具有非镂空区和镂空区的不锈钢片或铜片片或铝片。

上述方案中，所述等离子体处理的处理功率为10W-200W；和/或，所述等离子体处理的处理时间为10s-120s；和/或，掩膜版镂空区下方的被处理区域的接触角10°-65°；非镂空区下方的疏水区域和所述被处理区域的接触角的差为55°-110°。