柔性银基导电复合涂层的制备及性能研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zcat16
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相对于传统的刚性电子器件,柔性电子具有柔韧性和延展性,能够适应不同场合的需求,近年来越来越受到科研工作者们的青睐。当前,柔性电子技术已广泛应用于电子信息、生物医疗、能源产业和国防军工等领域,如可穿戴电子设备、医疗监护仪、折叠屏、曲面屏以及柔性太阳能电池板等。柔性电路板是柔性电子技术的基础,其中所涉及的关键技术为材料表面金属化,然而金属化涂层在应用过程中时刻面临着腐蚀问题,影响着柔性电子器件的可靠性和稳定性。针对上述问题,本文选用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、无纺棉织物(CF)和热塑性聚氨酯(TPU)为基体,经表面改性后,制备了高导电、耐腐蚀且膜基界面结合优良的银基复合涂层,探究其制备过程与耐腐蚀性能。主要研究内容和结果如下:(1)以PET为基体,采用双组分旋转喷涂法制备了银/纳米金刚石(Ag/NDs)复合涂层。前处理过程中,采用自主合成的硅烷偶联剂(P-TES与N-TES)作为接枝分子进行表面改性,大幅改善PET基体与Ag/NDs复合涂层之间的界面结合。利用XPS研究了分子接枝的成键机理,PET基体与Ag层依靠P-TES与N-TES分子及相应的化学键而紧密结合。所制备的Ag/NDs复合涂层均匀致密,表面方阻低至0.206Ω/sq,相比原始Ag涂层下降了27.7%,复合涂层的导电性能的提高源于NDs表面官能团对银晶粒形核的促进作用。Ag/NDs复合涂层中随着NDs含量的增加,腐蚀电位逐渐升高,腐蚀电流密度依次减小,复合涂层的耐腐蚀性得到改善;NDs的加入不仅没有降低复合涂层的导电性能,同时还改善了复合涂层的耐腐蚀性。(2)为获得可应用于可穿戴电子领域的导电材料,采用双组分旋转喷涂法在棉纤维表面镀覆银纳米颗粒(Ag NPs),并电沉积十四酸铈(Ce M),制备具有芯鞘结构的CF/Ag NPs/Ce M导电超疏水复合材料。结果表明,电沉积制备超疏水表面时,在20 V电压下电沉积的CF/Ag NPs/Ce M织物表面蒸馏水接触角最大,高达158.4°,沉积电压过低或过高均会导致接触角降低。制备的CF/Ag NPs-60/Ce M-20V织物具有良好的机械稳定性和化学稳定性。分析CF/Ag NPs/Ce M织物在四种常见腐蚀介质(3.5 wt.%Na Cl溶液、3.5 wt.%Na2CO3溶液、模拟雨水和人工汗液)中的动电位极化曲线和电化学阻抗发现,制备超疏水涂层后,复合织物的腐蚀电位均正移,腐蚀电流密度都减小,Rct值增大,耐腐蚀性得到明显改善。超疏水表面提高耐腐蚀性的机理是其表面的粗糙微纳结构能够储存空气,形成空气层以隔离腐蚀介质,达到保护导电Ag层的效果。此外,通过一步电沉积法制备的超疏水涂层具有防污、自清洁等效果,为其在潮湿、酸性、碱性等恶劣环境中的应用提供了可能。(3)由于十四酸铈导电性能较差,电沉积十四酸铈后复合涂层导电性能出现一定程度下降,为提高复合涂层的导电性能,在电沉积液中添加石墨烯纳米片(GNS),在TPU基体上制备了Ag/Ce M/GNS复合涂层,结果表明,Ag/Ce M/GNS-5复合涂层的电阻率相较于未进行电沉积的Ag涂层下降了27.2%。复合涂层的弯折和拉伸循环测试均表明,经过2000次拉伸或弯折后,涂层电阻率略有提高,但仍保持较好的导电性。此外,Ag/Ce M/GNS-5复合涂层能够在拉伸、弯曲、扭曲变形状态下正常导通电路,展示了优异的机械稳定性和可应用性。
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