一种自封装耐高温电子墨水及制备方法和应用

本发明属于高温导电材料，特别涉及种自封装耐高温电子墨水及制备方法和应用。

背景技术：

1、空天装备(包括飞机发动机和高超音速飞机)的设计优化和地面测试需要精确采集运行参数。在极端环境下对这些复杂曲面表面状态进行实时监测是一项极具挑战性的任务。现有的分立式和丝制传感器会遇到流场干扰和潜在损坏结构完整性等问题，因此难以满足现场精确监测空天装备运行状态的要求。然而，传统的物理气相沉积(pvd)薄膜传感器面临着复杂的表面构形困难、高成本和有限的耐温性能等挑战。共形打印技术提供了一种新颖的解决方案，它简单、灵活、成本效益高，而且与各种材料兼容。可用于快速、大规模和定制化制造耐高温共形薄膜传感器。然而，飞机发动机的内部及飞行器驻点等温度峰值超过1300℃，现有的印刷墨水的耐温性<1000℃无法满足这种高温环境的应用需求。同时，现有墨水的合成工艺复杂，或者需要复杂的热处理程序，如惰性气氛热解，不利于实际应用。因此，开发合成方便、具有高导电性、后处理工艺简单，同时又能保持高耐温性能的墨水是一项艰巨的挑战。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明的提供一种自封装耐高温电子墨水及制备方法和应用。

2、本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

3、一种自封装耐高温电子墨水，包括以下原料成分：100份金属纳米粉末、50～100份硅基陶瓷先驱体聚合物、10～30份有机稀释溶剂。

4、在一些实施例中，所述硅基陶瓷先驱体聚合物选自聚硅氧烷、聚硅氮烷、聚硼硅氧烷、聚铝硅氧烷、聚硼硅氮烷、聚铝硅氮烷以及全氢聚硅氮烷中的一种或多种。

5、在一些实施例中，所述有机稀释溶剂选自二甲苯、丁基卡必醇、乙二醇单丁醚、丙二醇二甲醚、丙二醇二乙醚中的一种或多种。

6、在一些实施例中，所述金属纳米粉末选自银钯纳米粉末、钯纳米粉末、铂纳米粉末、铂铑纳米粉末中的一种或多种。

7、在一些实施例中，还包括10～20份碳化钛纳米粉末。

8、在一些实施例中，还包括5～10份的三聚氰胺。

9、一种上述自封装耐高温电子墨水的应用方法，包括以下步骤：

10、s1，将自封装耐高温电子墨水印刷成敏感薄膜；

11、s2，将敏感薄膜于700～1400℃的高温空气环境中退火，冷却后即可实现耐高温导电薄膜的制备。

12、在一些实施例中，步骤s2为：将敏感薄膜先于800℃高温氮气环境退火后再经过800～1300℃℃高温空气环境退火。

13、一种应用上述自封装耐高温电子墨水制备高温共形薄膜传感器的方法，包括以下步骤：

14、s1，对带有热障涂层的发动机叶片基底进行等离子处理；

15、s2，将所述自封装高温电子墨水直写打印在经步骤s1处理后的发动机叶片表面，得到附着5～20μm薄膜传感器敏感栅格图案的发动机叶片；

16、s3，将步骤s2得到的附着薄膜传感器敏感栅格图案的发动机叶片于700～1400℃的高温空气环境中退火。

17、在一些实施例中，所述等离子处理的时间为1～20min。

18、本发明的有益效果在于：

19、本发明使用非牺牲型有机溶剂硅基陶瓷先驱体聚合物合成耐高温墨水。在墨水经过高温退火后，硅基陶瓷先驱体聚合物形成无定形的陶瓷相，将相互连接的导电金属纳米粒子通过非晶陶瓷包裹起来，一方面隔绝了氧气，另一方面提升了纳米颗粒的抗烧结性能，从而提高了铂粒子在高温环境中的稳定性。采用金属铂纳米颗粒合成的墨水制成的薄膜空气环境应用温度可达1600℃以上，为目前报道的最高的耐温性能用于制作耐高温功能导电薄膜的墨水。

20、本发明将金属载体相互作用机理应用于高温墨水的开发，形成外层非晶陶瓷物理包覆，内层金属载体化学包覆的双层结构，不但有利于金属纳米颗粒氧化稳定性的提升，还可以提高其抗电迁移性。因此采用这种方法配置的导电墨水具有较好的稳定性，且印刷在高温运行的部件上，形成的导电敏感图案呈现出良好的导电性和附着性。

21、本发明的自封装耐高温电子墨水的制备方法和后处理工艺简单，易操作，利于实际应用。

技术特征：

1.一种自封装耐高温电子墨水，其特征在于，包括以下原料成分：100份金属纳米粉末、50～100份硅基陶瓷先驱体聚合物、10～30份有机稀释溶剂。

2.根据权利要求1所述的自封装耐高温电子墨水，其特征在于，所述硅基陶瓷先驱体聚合物选自聚硅氧烷、聚硅氮烷、聚硼硅氧烷、聚铝硅氧烷、聚硼硅氮烷、聚铝硅氮烷以及全氢聚硅氮烷中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的自封装耐高温电子墨水，其特征在于，所述有机稀释溶剂选自二甲苯、丁基卡必醇、乙二醇单丁醚、丙二醇二甲醚、丙二醇二乙醚中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的自封装耐高温电子墨水，其特征在于，所述金属纳米粉末选自银钯纳米粉末、钯纳米粉末、铂纳米粉末、铂铑纳米粉末中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的自封装耐高温电子墨水，其特征在于，还包括10～20份碳化钛纳米粉末。

6.根据权利要求6所述的自封装耐高温电子墨水，其特征在于，还包括5～10份的三聚氰胺。

7.一种权利要求1至6任一项所述自封装耐高温电子墨水的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：将自封装耐高温电子墨水印刷成敏感薄膜，再将敏感薄膜于700～1400℃的高温空气环境中退火，冷却后即可实现耐高温导电薄膜的制备。

8.根据权利要求7所述的应用方法，其特征在于，在所述高温空气环境中退火之前还包括：将敏感薄膜先于800℃高温氮气环境退火。

9.一种应用权利要求1至6任一项所述自封装耐高温电子墨水制备高温共形薄膜传感器的方法，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的应用方法，其特征在于，所述等离子处理的时间为1～20min。

技术总结本发明提出了一种自封装耐高温电子墨水，其特征在于，包括以下原料成分：100份金属纳米粉末、50～100份硅基陶瓷先驱体聚合物、10～30份有机稀释溶剂。上述自封装耐高温电子墨水的应用方法，包括以下步骤：S1，将自封装耐高温电子墨水印刷成敏感薄膜；S2，将敏感薄膜于700～1400℃的高温空气环境中退火，冷却后即可实现耐高温导电薄膜的制备。技术研发人员：孙道恒,徐礼达,陈沁楠,何功汉,王凌云受保护的技术使用者：厦门大学技术研发日：技术公布日：2024/5/12