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看!原來耐彎折、可水洗的穿戴標簽天線用電子油墨這么制作出來的

時間:2020-01-18 10:36:00來源:科印網作者:陳錦彬

  隨著萬物互聯5G時代的到來,市場上對RFID智能識別產品的需求量越來越大,尤其是隨著大健康概念深入人心,許多可穿戴RFID智能產品逐漸進入我們視野,可穿戴標簽也應運而生,如圖1所示。然而,很多可穿戴標簽在使用過程中,其導電線路容易產生一定程度的擠壓、拉伸、扭曲、褶皺等變形,從而給導電涂層帶來不同程度的損傷。由于二維片層的石墨烯與一維的碳納米管具有一定的耐彎折、耐拉伸性能,使得石墨烯導電油墨、大規模批量化生產工藝成為現在可穿戴產品與電子標簽技術結合的攻克點。

  本文以石墨烯、碳納米管為主要的導電填充料,高彈性樹脂為粘結料,耐水洗的高分子乳液為助劑,來探討不同配比下的油墨對RFID絲印油墨涂層耐彎折、耐水洗等性能的影響,并調整合適的絲網印刷參數,最終實現線條清晰、無鋸齒、綜合性能穩定的標簽天線線條的印刷。

  彈性石墨烯導電油墨的制備

  1.實驗材料

  制備石墨烯導電油墨所需的材料有:(1)高彈性樹脂:改性橡膠樹脂、水性PU樹脂、硅膠樹脂;(2)耐拉伸導電填充料:大片徑石墨烯(層數≤10)、AC7碳納米管(少壁);(3)耐水洗高分子乳液助劑;(4)石墨烯導電油墨試劑:去離子水、分析純乙醇、DBE洗版液。

        2.彈性石墨烯導電油墨制備步驟

      為使石墨烯在彈性樹脂中穩定分散并表現出自身優異的性能,需要對石墨烯進行改性處理。改性處理的方法主要有兩種:一是通過反應物與石墨烯形成共價鍵,使其在油墨中的濃度增加,但該方法改變了石墨烯自身的結構,影響其自身性能;二是通過在制備石墨烯過程中或者在制備油墨中添加一些穩定劑,如小分子穩定劑、非離子表面活性劑、陽離子表面活性劑等,在滿足石墨烯穩定分散的同時,可以發揮其較高的導電性能。 目前雖然彈性石墨烯導電油墨的制備方法較多,加料方式不同、制備工藝也多樣化,但其大體設計思路如圖2所示,即將石墨烯、分散劑、溶劑、彈性樹脂、助劑等材料加入攪拌分散罐中,充分球磨分散,使油墨細度降至10μm以下,即得彈性導電油墨。

  具體操作步驟為:量取等離子水300ml,稱取5g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入去離子水中,充分攪拌使分散劑PVP完全溶解,標為試劑1;稱取彈性樹脂乳液50g,慢慢混入試劑1中,并稱取石墨烯粉30g,逐漸加入上述混合溶液中;邊球磨邊加料,若粘度過大,可適當添加降粘劑調節,直至石墨烯粉體完全添加完畢。整個過程以轉速為4000~4500r/min的速度球磨分散,并每隔半小時監控漿料細度,直至細度降至10μm以下,即得彈性導電油墨。 此外,為了調整彈性導電油墨的耐彎折、耐水洗性能,保證彈性導電油墨的正常導電性能,分別調整彈性樹脂比例為15%、25%、40%、60%,制作成不同配比的彈性漿料,最后添加助劑,使上述漿料具有較好印刷適性,實現導電油墨的絲網印刷。


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