摘要：柔性电子产品因其独特的柔性、高效、低成本的制造工艺等诸多优势而受到广泛的关注,但与日俱增的柔性电子器...柔性电子产品因其独特的柔性、高效、低成本的制造工艺等诸多优势而受到广泛的关注,但与日俱增的柔性电子器件却产生很多不可降解的塑料废弃物,对人类赖以生存的环境造成破坏。为了更好地契合可持续发展的时代理念,科研工作者开始寻找“绿色”基材代替现有的塑料来制备环境友好型的柔性电子器件。与塑料相比,纸张具有价格低廉（约为PET价格的二十分之一）、可再生、可持续、可生物降解等优势,并具有实现规模化生产的巨大潜力,引起科研工作者的广泛关注。如何根据纸张的结构特点,结合“绿色”材料,制备出更符合柔性产品要求的纸基导电材料并使其成为柔性电子器件的重要组成部分,对扩大纸基导电材料在柔性电子器件领域的应用具有十分重要的意义。因此,本论文的实验部分可细化为三个部分,逐层次探讨了纸基导电材料的制备及其在柔性电子器件中的应用。第一部分:传统导电纸的生产方式是将导电材料（金、银、铜等导电金属）涂布到纸张表面制成的,但具有较高杨氏模量的导电材料与柔软的纤维素纸张的不匹配,造成纸基导电材料在使用过程中易出现分层、断裂等问题。为解决这一问题,本章以离子凝胶为导电油墨、以纸张为基材,结合胶印的印刷方式,制备了成本低廉（1.3$/m2）、具有较低杨氏模量且电学性能十分稳定的离子凝胶导电纸。其导电率最高可达3.2 mS m-1,即使超过5000次弯曲循环,电阻变化率增加量也小于3%,并成功实现了导电纸的规模化生产,将其应用于电致发光器件,为未来纸基导电材料在柔性电子器件中的应用带来福音。第二部分:上述离子凝胶型导电纸存在的两个问题阻碍了其在实际生产中的应用:一是加热过程产生的挥发性有机物（VOC）对环境存在一定的危害;二是离子凝胶的易扩散性致使导电纸的精细图案化存在一定困难。本章通过引入制备方法简便、成本低廉、环境友好的氯化胆碱/丙烯酸可聚合低共熔溶剂（PDES）,利用丝网印刷的方式将此PDES转移到纸张表面,经UV光照射后（<30 s）便可快速的启动表面原位光聚合,实现了导电纸“绿色”清洁生产,解决了VOC排放、按需制备和图案精细化的难题。本章还将传统折纸技术与制备的导电纸相结合,构建了按需个性化定制的三维纸基电路,进一步彰显了纸基导电材料可应用于柔性电子器件领域的广阔前景。第三部分:已获得的离子凝胶型导电纸和绿色可聚合的低共熔溶剂型导电纸存在透明度不高、机械性能还有待提升等问题,对纸基柔性导电材料应用领域的进一步扩大有一定阻碍。本章以TEMPO氧化法制备的纳米纤维素结合纳米银线,通过真空抽滤法得到高透明的导电纳米纸。传统的纯纳米纤维素纸杨氏模量较高,硬而脆,为了改善这一不足,将制成的纳米膜浸入氯化胆碱/尿素水溶液中,由于尿素中-NH2和纤维素-OH的分子间的氢键作用减弱了纤维素与纤维素的分子内氢键作用,使纸张呈现出柔软可拉伸的“弹性”行为,使得导电纸的机械性能提高近十倍。最终,制得的纳米导电纸的可见光透过率可达90%以上,最大拉伸形变为17%,比原始的纳米纤维素纸张的拉伸性能提高十倍以上。将制得的高透明纳米导电纸应用于纸基电容器,进一步拓宽了纸基导电材料在柔性电子器件中的应用范围。更多还原显示全部
