一种可拉伸的金属基电/热导件

本申请属于印刷电子领域，具体涉及一种可拉伸的金属基电/热导件。

背景技术：

1、在过去的几十年里，可穿戴、表皮和植入式电子产品发展迅速，人们对可拉伸电子产品的兴趣也随着不断增长。可拉伸电子设备在协调运动方面要远优于传统的可弯曲设备相比。目前，可拉伸电子器件的应用非常广泛，在电子皮肤、能源、医药和电子封装等领域都有应用。在电子器件中，印刷电路对元器件的电气连接起着至关重要的作用，这是制造可拉伸电子器件的首要考虑的。一般来说，可拉伸的导电图案可以通过使用本征拉伸的导体或具有波浪几何形状的结构拉伸导线来制造。本征拉伸导体主要包括液态金属、导电聚合物和复合材料。本征拉伸电路所涉及的图案化过程通常并不复杂，但其发展在很大程度上受到自身缺陷的限制。例如，液态金属价格昂贵且对电子产品具有腐蚀性，而且其流动性也增加了制造和安全应用的难度。导电性方面，导电聚合物和复合材料远不如传统的金属互连，不利于在现代高功率密度电子产品中的应用。

2、除本征拉伸导体外，通过合理的几何设计，任何可弯曲的材料都可以转化为可拉伸材料，包括印刷电路板中的传统金属铜导体。这种拉伸模式称为“结构拉伸”。现有的结构拉伸策略主要分为两种：“面内(in-plane)”与“面外(out-of-plane)”策略。其中，面内策略是通过印刷或刻蚀技术在弹性基板上制备弯曲图形。面外策略则通常在预拉伸的弹性基底上制备导电层，恢复常态后即可产生面外的褶皱结构。现有的这两种策略各有其优点与局限性。“面内”策略将高导电的金属材料制备成扭曲的导线，与传统的直导线相比，扭曲的图案占用的面积更大，且需要高的厚宽比才能在拉伸时保持足够的机械强度，弯曲的几何图形不利于电子产品的高密度封装，并且会导致电阻增加。“面外”策略与“面内”策略相比，该方法制备的导电图案无需占用比传统电路更大的面积。然而，通过预拉伸方法生产的褶皱导电层在正常情况下必须承受较强的剪切和弯曲应力，因此要求镀层具有很强机械强度和高的粘附强度。尽管它们在电性能方面与商业互连电路相近，但结构拉伸导体的弯曲几何形状使其制造过程和实际应用比传统的直导线更加复杂。鉴于此，本发明旨在开发兼具“面内”与“面外”策略优势的结构拉伸策略，以期通过简单的工艺在无预拉伸的平整弹性基底上获得多向拉伸的印刷电路。

技术实现思路

1、本申请的目的在于制备一种可拉伸的金属基电/热导件，通过在印刷与塑形的硅凝胶图案表面进行化学镀来获得一种新型的结构拉伸电路，实现兼具传统“面内”与“面外”拉伸结构优势的新产品。

2、本发明提供了一种可拉伸的金属基电/热导件，包括以下制备步骤：

3、s1、配置多功能硅凝胶。

4、s2、配置表面具有褶皱的环氧薄膜。

5、s3、将s1制备的多功能硅凝胶通过各种图案技术印刷在橡胶薄膜上，用s2制备的环氧薄膜作为模版覆盖，加热固化，获得成型的硅凝胶图案。

6、s4、将s3制备的硅凝胶图案浸入饱和硝酸银乙醇溶液，形成催化种子层，获得负载催化剂的硅凝胶图案。

7、s5、将s4获得的负载催化剂的硅凝胶图案通过化学镀铜工艺金属化，获得可拉伸的铜导电图案。

8、优选的，所述步骤s1的具体步骤为：将5～20％席夫碱溶液、2～10％气相si o2、70～90％pdms及其固化剂混合，得到多功能硅凝胶。

9、优选的，所述步骤s2的具体步骤为：将环氧树脂涂在拉伸状态下的橡胶膜上，加热固化后释放应变，在未拉伸状态下继续涂膜环氧树脂，进行固化后剥离橡胶膜得到表面具有褶皱的环氧薄膜。

10、优选的，所述s1中，席夫碱溶液中，席夫碱溶解在液态环氧树脂中形成饱和溶液；席夫碱为邻香草醛缩乙二胺双席夫碱，或者采用其他含氮多齿配体进行替代；所述配体包括：1,1',1”-三[(吡啶-4-氧基)甲基]乙烷、1-(1h-1,2,4-三唑基甲基)-3,5-双吡啶基-1,2,4-三唑、三(4-咪唑基苯基)胺、(4-(1-h-1,2,4-三氮唑基)苯基)胺、1,1’-(1,4-丁基)二[2-(2-吡啶基)苯并咪唑]的一种或多种。

11、优选的，所述s1中，所述pdms为二甲基甲氧基硅烷、二甲基硅氧烷醇甲基链端封堵剂、二甲基硅氧烷氯代甲基链端封堵剂中的一种或多种。

12、优选的，所述s1中，所述固化剂为六甲基二硅氧烷、四氢硅醇、三氯乙基硅醇的一种或多种。

13、优选的，所述s2中，固化加热温度为90-110℃，加热时间为60分钟。

14、优选的，所述s3中，固化加热温度为140-160℃，加热时间为60分钟；所述橡胶薄膜为天然橡胶薄膜、聚氨酯薄膜、氯丁胶薄膜、硅橡胶薄膜的一种或多种。

15、优选的，所述s4中，浸入硝酸银乙醇溶液时间为25-35分钟。

16、优选的，所述s5中，化学镀铜工艺镀液的组成包括硫酸铜、edta、氢氧化钠、酒石酸钾钠、ph控制在12.5，温度控制在45℃。

17、因此，本申请采用上述的一种可拉伸的金属基电/热导件，具有以下有益效果：

18、(1)本发明首次通过引入媒介层(新型多功能硅凝胶)的策略在常态(未预拉伸)的平整基底上构筑出可多向拉伸的印刷电路，进而实现兼具传统“面内”与“面外”拉伸结构优势的新产品。

19、(2)本发明的银催化剂可原位还原在凝胶图案表面，其催化位点完全暴露，因此实现了远高于传统的复合催化剂的催化活性，从而大幅减少贵金属催化剂的使用。

20、(3)本发明的多功能硅凝胶具有可塑性、可拉伸性、可印刷性以及还原银催化剂的能力，在可拉伸铜图案的制作中起着至关重要的作用，可以同时实现拉伸和印刷功能。

技术特征：

1.一种可拉伸的金属基电/热导件，其特征在于，包括以下制备步骤：

2.根据权利要求1所述的一种可拉伸的金属基电/热导件，其特征在于，所述步骤s1的具体步骤为：将5～20％席夫碱溶液、2～10％气相sio2、70～90％pd ms及其固化剂混合，得到多功能硅凝胶。

3.根据权利要求1所述的一种可拉伸的金属基电/热导件，其特征在于，所述步骤s2的具体步骤为：将环氧树脂涂在拉伸状态下的橡胶膜上，加热固化后释放应变，在未拉伸状态下继续涂膜环氧树脂，进行固化后剥离橡胶膜得到表面具有褶皱的环氧薄膜。

4.根据权利要求2所述的一种可拉伸的金属基电/热导件，其特征在于，所述s1中，席夫碱溶液中为席夫碱溶解在液态环氧树脂中形成饱和溶液；席夫碱为邻香草醛缩乙二胺双席夫碱，或者采用其他含氮多齿配体进行替代；所述配体包括：1,1',1”-三[(吡啶-4-氧基)甲基]乙烷、1-(1h-1,2,4-三唑基甲基)-3,5-双吡啶基-1,2,4-三唑、三(4-咪唑基苯基)胺、(4-(1-h-1,2,4-三氮唑基)苯基)胺、1,1’-(1,4-丁基)二[2-(2-吡啶基)苯并咪唑]的一种或多种。

5.根据权利要求2所述的一种可拉伸的金属基电/热导件，其特征在于，所述s1中，所述pdms为二甲基甲氧基硅烷、二甲基硅氧烷醇甲基链端封堵剂、二甲基硅氧烷氯代甲基链端封堵剂中的一种或多种。

6.根据权利要求2所述的一种可拉伸的金属基电/热导件，其特征在于，所述s1中，所述固化剂为六甲基二硅氧烷、四氢硅醇、三氯乙基硅醇的一种或多种。

7.根据权利要求3所述的一种可拉伸的金属基电/热导件的制备方法，其特征在于，所述s2中，固化加热温度为90-110℃，加热时间为50-70分钟。

8.根据权利要求1所述的一种可拉伸的金属基电/热导件的制备方法，其特征在于，所述s3中，固化加热温度为140-160℃，加热时间为50-70分钟；所述橡胶薄膜为天然橡胶薄膜、聚氨酯薄膜、氯丁胶薄膜、硅橡胶薄膜中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的一种可拉伸的金属基电/热导件的制备方法，其特征在于，所述s4中，浸入硝酸银乙醇溶液时间为25-35分钟。

10.根据权利要求1所述的一种可拉伸的金属基电/热导件的制备方法，其特征在于，所述s5中，化学镀铜工艺镀液的组成包括硫酸铜、edta、氢氧化钠、酒石酸钾钠，ph控制在12.5，温度控制在45℃。

技术总结本申请公开了一种可拉伸的金属基电/热导件，属于印刷电子领域，S1、配置多功能硅凝胶；S2、配置表面具有褶皱的环氧薄膜；S3、将S1制备的多功能硅凝胶通过印刷在橡胶薄膜上，用S2制备的环氧薄膜作为模版覆盖，加热固化，获得成型的硅凝胶图案；然后将硅凝胶图案浸入饱和硝酸银乙醇溶液，获得负载催化剂的硅凝胶图案；然后将图案化学镀铜工艺金属化，获得可拉伸的铜导电图案。因此，本申请采用上述的一种可拉伸的金属基电/热导件，本所制备的铜图案结构紧凑。其电导率为4.93×107Sm<supgt;‑1</supgt;，接近纯铜块的理论值；导热性能良好，热导率为320.2W/(mK)；单向拉伸产品应变可以达到190％，多向拉伸产品应变可以达到110％。技术研发人员：谢金麒,毛凌杰,蔡进辉,田晶,曹胡美子受保护的技术使用者：南华大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9