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可折叠电子纸的设计新策略:可直接书写的导电墨水笔

    可折叠电子器件是在柔性电子器件的基础上发展起来的新一代电子器件,相对于柔性电子器件仅能满足较有限的弯曲应变,可折叠电子器件要求器件本身不仅要承受更大的弯曲应变,甚至还要承受基底产生的非弹性或者永久性损伤。

    最近,研究者发现并提出采用具有高电导率的银纳米颗粒或银纳米线作为导电填料,利用纤维素类绝缘添加剂来稳定、分散导电填料,调变其粘度得到分散良好的导电油墨。进一步采用印刷或者直写的方式在A4纸、相片纸等柔性衬底构建了可弯曲或者轻微折叠的导电图案。该方法具有低成本、工艺简单等特点。但由于其需要大量绝缘性添加剂才能稳定分散导电填料,存在着导电性不理想、耐弯曲等机械形变程度有限、需要较高的后处理温等缺点,难以实现真正意义上可折叠电极的制备,也限制了油墨的应用范围。


可折叠电子纸的设计新策略:可直接书写的导电墨水笔



    基于以上问题,南开大学梁嘉杰教授及其团队研发了一种基于银纳米线和氧化石墨烯的新型高性能导电油墨。利用氧化石墨烯同时作为增稠剂、分散剂、抗氧化剂、稳定剂以及机械性能增强剂等,仅需很少量的氧化石墨烯就可以将金属纳米线分散,得到分散性良好的均匀墨水,大大降低了绝缘性添加剂的含量,因而具有很高的电导率。利用氧化石墨烯和银纳米线之间的相互作用来提高并调变油墨粘度,得到具有适于圆珠笔直接书写的流变特性的油墨。该墨水直接用中性笔书写得到的导电线路或图案,无需高温处理,20oC温度下干燥5min,电阻率高达2.3×104 S/cm,经过1000次折叠后其电导率依然保持在1.4×104 S/cm此外,部分氧化石墨烯包裹在金属纳米线上,隔绝金属纳米线与空气的接触,起到抗氧化的作用,可大大减少直写或者打印的导电图案在空气的氧化过程的发生,提高了导电图案的稳定性。

    为了验证其在构建可折叠电子器件方面的潜在应用价值,作者采用中性笔书写电极,构建了电容式触摸屏,在次强力折叠后,触摸屏依然可以正常工作。该成果显示了基于氧化石墨烯和银纳米线的导电油墨在构建可折叠电子器件方面广阔的应用前景。相关文章发表在Advanced Electronic Materials (DOI: 10.1002/aelm.201700098)上。阅读原文可以直接点击左下角阅读原文按钮进行全文阅读或点击全文文章链接http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aelm.201700098/abstract。



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