《表1 不同Ag NPs掺入量的直写图案电阻率Tab.1 Electrical resistivity of the direct-writing pattern with different amo

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《纳米银颗粒掺入的导电聚合物墨水导电性研究》

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纳米颗粒导电墨水打印或直写的图案通常需要经过高温烧结后处理，使颗粒之间形成烧结颈，方可使其具有较好的导电性，但是对于常用的柔性基底，如纸、PET（聚酰亚胺）薄膜等来说，高温烧结会导致基底破坏，从而违背柔性电子的初衷。实验结果表明，导电聚合物PP在高压（20 MPa）处理10 min后，电阻率下降约52%，见表1（PP质量分数为1%）。这是因为压力使得聚合物分子之间的空隙减少，堆积更加致密，减少了微观组织中空气的含量，没有因高温对柔性基底造成的破坏。对于加入不同Ag NPs的PP导电墨水直写的图案，均在20 MPa施压下处理10 min，相应的图案形貌见图3。Ag NPs质量分数为5%的PP墨水中，纳米银颗粒经过压力处理，部分颗粒之间形成连接，但整体仍呈分散状，与高压处理前相比，电阻率由1.6×105μ?·cm下降到了9.3×104μ?·cm，降低43.4%。当在PP墨水中加入质量分数为10%的Ag NPs时，与加入5%的电阻率相比，降低99.4%，经过压力处理后，电阻率则进一步降低至93.8μ?·cm。由图3b可以看出，经过压力处理后，图案表面更加平坦，并且因为Ag NPs的掺入量适中，颗粒在聚合物中均匀分散。当Ag NPs的质量分数增加到20%时，因为Ag NPs之间团聚严重，所以经过20 MPa施压处理10 min后，图案表面仍粗糙，见图3c，纳米颗粒与聚合物之间的堆积不够致密，形成较多空隙，与Ag NPs质量分数为10%的相比，电阻率由93.8μ?·cm增加到300μ?·cm。对该样品同时进行低温热压烧结，在90℃，20 MPa的条件下处理10min，电阻率为241μ?·cm；在110℃，20 MPa的条件下处理10 min，电阻率为224μ?·cm。可以看出，在纳米银颗粒与导电聚合物的混合墨水中，温度对图案电阻率的影响并不明显。当进一步增大Ag NPs的质量分数至30%时，因为Ag NPs团聚，使得纳米颗粒与聚合物之间混合不均匀，图案电阻不均匀，从80~200μ?·cm不等。