[发明专利]一种树突状纳米银导电油墨及全印制应力传感器的制备方法

说明书

本发明涉及一种树突状纳米银导电油墨的配制以及直接丝网印刷全印制应力传感器的制备方法。本发明在树突状纳米银/SIS油墨体系中引入Disponer 904S作为分散剂，使获得具有良好的印刷适性的树突状纳米银导电油墨。运用丝网印刷的方式将配制的树突状纳米银导电油墨印刷在丁腈橡胶基底上，可以得到具有高可拉伸性和高灵敏度的应力传感器，并且印刷不同的几何图案可以得到具有不同传感性能的应力传感器。而且可以将导电油墨直接印刷在一次性丁腈橡胶手套上得到能够检测手势动作的智能手套。该方法成本低，操作简便，能够实现快速大批量生产，可用于工业化批量制备和生产，并可将其应用于可穿戴电子设备用于检测人体关节运动和人机交互智能系统。

技术领域

本发明涉及一种树突状纳米银导电油墨的配制以及直接丝网印刷全印制应力传感器的制备方法。

背景技术

柔性应力传感器可以广泛地应用于人体关节运动监测，电子皮肤，可穿戴电子设备和人机交互智能系统。在所有应力传感器中，电阻式应力传感器由于设备结构简单，灵敏度高，读取机制简单，引起了研究者们广泛地关注。电阻式应力传感器通常由将导电材料组成的导电网络沉积在弹性体基底表面或者嵌入里面制成。目前，各种各样的方式用来制备电阻式应力传感器，例如旋涂，滴涂，模具填充，注射，真空抽滤等等。然而，相对复杂的制备过程和无法实现快速大批量的生产限制了它们的实际应用。相对来说，丝网印刷生产成本低，操作简易，能够进行大批量快速生产。而且由于丝网印刷版上的图案部分由网孔和丝网组成，所以通过丝网印刷得到的导电网络在丝网位置的墨层厚度比在网孔位置的墨层厚度要薄，能够形成一个网格状的微结构，有利于提高应力传感器的灵敏度。此外，目前通常用于形成导电网络的各种微纳米材料，要么具有高的初始电阻(如石墨烯，碳纳米管等)，要么需要高的烧结温度(120℃，如银纳米线，银纳米颗粒等)，或者本身的材料性质限制了传感器的灵敏度(离子液体等)，这都不利于获得具有高可拉伸性，高灵敏度的应力传感器。因此，选择一种合适的导电材料，配制出具有良好印刷适性的导电油墨，通过直接印刷的方式得到具有高可拉伸性和高灵敏度的应力传感器对商业化可穿戴应力传感器具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是大批量合成具有均一形貌的树突状纳米银，利用它配制出具有良好的印刷适性的导电油墨，通过直接印刷的方式制备出基于树突状纳米银的高性能的应力传感器，并且能够实现低成本，快速大批量制备，可用于工业化批量生产，并且可将其应用于可穿戴电子设备的生产中。

研究发现，具有独特树枝状结构的纳米银，能够在较低的温度下获得较高的电导率，并且由于与弹性体基底具有较大的接触面积，能够在拉伸过程中更好的保持导电通路的连接，因此树突状纳米银表现出更优异的机械性能和电性能，有很大的潜力应用于制备高可拉伸性和高灵敏度应力传感器。而且树突状纳米银制备过程简单快速，产量大，能够满足大规模生产。

本发明所要解决的问题是提供一种具有优异的印刷适性的导电油墨的配制方法和全印制高性能应力传感器的制备。其中树突状纳米银导电油墨的制备方法，具体包括以下步骤：

1)树突状纳米银的合成：将铜箔剪成7cm×5cm大小，用稀盐酸处理去除表面脏污和氧化物，然后用去离子水洗净备用。取0.34g硝酸银溶解在40ml去离子水中，搅拌3min，然后加入1.7g聚乙烯吡咯烷酮(K-30)，搅拌10min得到溶液A。将洗净的铜箔插入溶液A中，静置10min即可得到树突状纳米银。然后用无水乙醇和去离子水轮流清洗三次即可得到纯净的树突状纳米银。

2)树突状纳米银导电油墨的配制：将分散在无水乙醇中的树突状纳米银在60℃下真空烘干备用。1.25g的苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)溶解于10ml的二甲苯中，得到SIS溶液。然后将树突状纳米银，SIS溶液，Disponer904S按照50：48：2的质量比混合均匀即可得到具有良好印刷适性的树突状纳米银导电油墨。

基于上述树突状纳米银导电油墨的全印制高性能应力传感器的制备方法，具体包括以下步骤：