激光直寫法制備紙基柔性電路

管亦淳

摘 要：紙基柔性電路具有高效、柔性、價格低廉、綠色環(huán)保、可生物降解等諸多優(yōu)良特點(diǎn)。發(fā)展紙基柔性電路契合可持續(xù)發(fā)展理念，也迎合未來科技發(fā)展方向。[1]激光直寫技術(shù)在制備柔性電路方面有較好的靈活性和較高的精度，可以應(yīng)對較為復(fù)雜的電路。[2]本文介紹了激光直寫法制備紙基柔性電路的優(yōu)點(diǎn)、激光直寫法制備紙基柔性電路工藝。針對用激光直寫法制備的紙基柔性電路的性能，本文探究了電路中導(dǎo)電線路在涂覆碳納米管導(dǎo)電漿料不同次數(shù)、不同寬度下的電阻變化規(guī)律和涂覆3次碳納米管導(dǎo)電漿料時，導(dǎo)電線路在不同長度下的電阻變化規(guī)律。本文還展示了LED燈柔性電路串并聯(lián)組的電路圖和實物光學(xué)照片，以更直觀體現(xiàn)紙基柔性電路特性。

關(guān)鍵詞：紙基;柔性電路;碳納米管

中圖分類號：TN249 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）08-0071-02

0 引言

隨著時代的發(fā)展，電子產(chǎn)品越發(fā)趨于便攜式、小型化、柔性可穿戴方向發(fā)展。但傳統(tǒng)柔性電路會產(chǎn)生大量不可降解的塑料廢棄物使環(huán)境受到污染。相比之下，發(fā)展紙基柔性電路便更加綠色環(huán)保。傳統(tǒng)柔性紙基電路采用金屬作為導(dǎo)電材料，但金屬的楊氏模量較高，相對紙張而言不易發(fā)生形變，故與紙張不匹配，易造成柔性紙基導(dǎo)電材料在使用過程中出現(xiàn)脫落、斷裂、分離等問題[1]，影響柔性紙基電路的正常使用。針對此問題，我們將金屬導(dǎo)電涂料改為碳納米管導(dǎo)電漿料，以提升紙基柔性電路在使用過程中的穩(wěn)定性。并且我們改用印刷法制備導(dǎo)電紙，用激光直寫法制備紙基柔性電路，使電路制備更加方便。在此基礎(chǔ)上，我們探究了用激光直寫法制備的紙基柔性電路的優(yōu)點(diǎn)和性能，以方便進(jìn)行改進(jìn)和今后在其他方面的應(yīng)用。

1 實驗步驟

1.1 實驗器具

萬用表（MT-1280）、鑷子、亞克力板、激光切割機(jī)、電熱鼓風(fēng)干燥箱、LED燈。

1.2 實驗試劑

碳納米管導(dǎo)電漿料、銀漿（Ag）、A4紙。

1.3 制備步驟

1.3.1 激光直寫法制備紙基柔性電路

將紙基底平鋪在亞克力板上，用玻璃棒在紙基底表面均勻涂覆適量的碳納米管導(dǎo)電漿料，再使用電熱鼓風(fēng)干燥箱干燥涂布后的紙張2小時，溫度設(shè)為60℃。激光直寫工藝采用激光切割機(jī)進(jìn)行，將紙基底平鋪在亞克力板上，置于激光切割機(jī)內(nèi)，紙基距離激光探頭5mm，激光功率設(shè)置為30%，激光速率設(shè)置為70%。

1.3.2 LED燈柔性電路制備

將制備好的紙基柔性電路平鋪在亞克力板上，用銀漿將LED燈粘在紙基柔性電路上。

1.4 紙基柔性電路電阻測試方法

（1）在電路上取寬度不同，長度相同的導(dǎo)電線路，用萬用表測出相應(yīng)電阻，并記錄到實驗表格中，算出每種寬度導(dǎo)電線路電阻平均值，繪制數(shù)據(jù)圖像。改變碳納米管漿料厚度再做兩次實驗。

（2）在電路上取寬度相同，長度不同的導(dǎo)電線路，用萬用表測出相應(yīng)電阻，并記錄到實驗表格中，算出每種長度導(dǎo)電線路電阻平均值，繪制數(shù)據(jù)圖像。

2 結(jié)果與討論

3 結(jié)語

從實驗可以看出，以碳納米管導(dǎo)電漿料作導(dǎo)電涂料的激光直寫法制備的紙基柔性電路有諸多優(yōu)良特性，比如可制定任意圖案、涂料與紙張匹配、電路輕薄等。經(jīng)過測量和計算，我們發(fā)現(xiàn)在導(dǎo)電線路的寬度作自變量時，碳納米管導(dǎo)電漿料越厚，導(dǎo)電線路寬度越大，導(dǎo)電線路電阻越大，但當(dāng)其寬度大于4mm時，其電阻基本不發(fā)生變化。在導(dǎo)電線路長度作自變量時，導(dǎo)電線路越長，電阻越大。但從總體來看電阻偏大，還需改進(jìn)。綜上所述，這種紙基柔性電路具有極大代替現(xiàn)有柔性電路和大規(guī)模生產(chǎn)的潛力，前景良好。

參考文獻(xiàn)

[1] 張凱麗.紙基柔性導(dǎo)電材料及器件[D].華南理工大學(xué)，2018.

[2] 周偉平.激光直寫制備柔性微納結(jié)構(gòu)與器件研究[D].北京工業(yè)大學(xué)，2017.