研究背景

智能紡織品是一種能依據(jù)外界條件變化而作出反應(yīng)的紡織品，可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、力、運(yùn)動(dòng)及生物活性等量的監(jiān)測(cè)及信息傳遞功能，因而在用保健等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。而作為連接電子信息系統(tǒng)各元件的導(dǎo)電線路與織物的柔性化集成制備是該技術(shù)發(fā)展的前提和基礎(chǔ)。目前織物表面導(dǎo)電線路制備方法主要有植入式和絲網(wǎng)印刷等。植入式是將導(dǎo)電纖維通過刺繡、編織、縫紉、織造等手段植入到織物紋理中形成導(dǎo)電線路，其中刺繡無需借助額外設(shè)備，可直接在織物中形成任意形狀的導(dǎo)電線路，但導(dǎo)線穿過織物時(shí)會(huì)產(chǎn)生彎曲及扭曲，因而要求導(dǎo)電紗線具有較高強(qiáng)度和彈性，以避免制造過程產(chǎn)生斷裂。織造和編織技術(shù)需在精確控制經(jīng)紗和緯紗交互的同時(shí)將導(dǎo)電紗線一并織進(jìn)到織物結(jié)構(gòu)中，致使加工難度大、成本高、工藝復(fù)雜。絲網(wǎng)印刷技術(shù)利用導(dǎo)電漿料來成形導(dǎo)電線路，工藝簡(jiǎn)單，但后續(xù)較高的燒結(jié)溫度影響織物本身性能。結(jié)合目前現(xiàn)有的導(dǎo)電線路制備方法，綜合考慮織物表面打印柔性導(dǎo)電線路的技術(shù)要求，本文提出采用微滴噴射和化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合的方法，利用自行開發(fā)的雙噴頭微滴噴射系統(tǒng)，在織物表面定點(diǎn)精確沉積金屬鹽和還原劑微滴，通過化學(xué)反應(yīng)在織物上沉積成形銀金屬導(dǎo)電線路。

試驗(yàn)方法

利用微滴噴射與化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合的織物表面導(dǎo)電線路成形方法，以課題組開發(fā)的氣動(dòng)式雙噴頭微滴噴射系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以抗壞血酸和硝酸銀作為噴射材料，通過二者的氧化還原反應(yīng)置換出銀單質(zhì)，在織物表面沉積成形銀導(dǎo)線。為了解決織物表面沉積導(dǎo)線出現(xiàn)的液體滲透、擴(kuò)散等問題，研究了織物不同表面改性處理方法對(duì)微滴沉積效果的影響，結(jié)合織物組織結(jié)構(gòu)和纖維類型，確定適合的織物表面處理和織物結(jié)構(gòu)作為線路沉積沉積基板；為了提高微滴按需可控噴射和微滴定點(diǎn)沉積尺寸的均勻性，利用搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)硝酸銀和抗壞血酸的按需可控噴射，在此基礎(chǔ)上，在選定的織物基板上進(jìn)行兩種溶液的定點(diǎn)沉積反應(yīng)試驗(yàn)研究，對(duì)定點(diǎn)沉積反應(yīng)后點(diǎn)的尺寸均勻性進(jìn)行研究；基于微滴噴射打印化學(xué)反應(yīng)沉積原理，對(duì)不同基板速度和不同沉積序列成形導(dǎo)線進(jìn)行研究，明確二者對(duì)成形導(dǎo)線導(dǎo)電性能和微觀形貌的影響規(guī)律，為織物表面沉積成形高質(zhì)量導(dǎo)線提供指導(dǎo)。

試驗(yàn)結(jié)果

以微滴沉積效果為依據(jù)，從微滴沉積狀態(tài)和潤(rùn)濕時(shí)間對(duì)改性處理后織物潤(rùn)濕性進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，經(jīng)陽離子脂肪酰胺TF449A處理后的織物，微滴的沉積效果最佳，接觸角為78.5°，潤(rùn)濕時(shí)間從1.9s增加178.2s，微滴擴(kuò)散面積從2.13 mm2減小至0.47mm2；利用搭建的微滴噴射實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了硝酸銀和抗壞血酸的按需穩(wěn)定噴射，獲得了二者穩(wěn)定噴射的工藝參數(shù)。微滴按需噴射和點(diǎn)陣沉積試驗(yàn)研究表明，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)兩種溶液的按需噴射和定點(diǎn)沉積反應(yīng)，且成形的點(diǎn)陣均勻性較好，產(chǎn)物主要為銀顆粒；不同基板運(yùn)行速度沉積銀導(dǎo)線試驗(yàn)研究表明，隨著速度的增大，線寬先增大后減小，且在0.40mm /s時(shí)，成形導(dǎo)線的均勻性較好；成形導(dǎo)線微觀形貌分析及導(dǎo)電性測(cè)試表明，隨著速度的變化，織物表面生成的銀顆粒先增多后減少，導(dǎo)線的方阻均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差先減小后增大。且在0.40 mm/s 生成的銀層較為致密，方阻均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差為最小。成形導(dǎo)線具有導(dǎo)電性，初步實(shí)現(xiàn)了織物表面導(dǎo)電線路的打印成形。

結(jié)論

本文利用課題組開發(fā)的氣動(dòng)式雙噴頭微滴噴射系統(tǒng)，對(duì)織物表面打印沉積成形銀導(dǎo)線進(jìn)行了深入研究，主要成果如下：

（1）將微滴噴射技術(shù)與金屬化學(xué)沉積技術(shù)相結(jié)合，提出了織物表面導(dǎo)電線路噴射打印金屬化學(xué)沉積導(dǎo)電線路直接成形工藝，通過導(dǎo)電線路的數(shù)字信息化，可實(shí)現(xiàn)基于織物表面任意形狀柔性導(dǎo)電線路的直接打印成形，無需專用設(shè)備和昂貴納米金屬導(dǎo)電墨水，具有成本低、柔性化、效率高等特點(diǎn)。

（2）提出一種織物表面微細(xì)導(dǎo)電線路噴射打印化學(xué)沉積成形的方法，通過控制微滴尺寸、沉積形態(tài)、沉積位置等參數(shù)可按照需要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)線寬在數(shù)微米到數(shù)百微米的范圍內(nèi)調(diào)整，為微細(xì)導(dǎo)電線路的快速制備提供了途徑。

前景與應(yīng)用

本文提出的織物表面微滴精確打印化學(xué)沉積導(dǎo)電線路直接成形方法與現(xiàn)有的制造方法相比具有流程短、成本低、非接觸、柔性化、可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)階段頗具發(fā)展?jié)摿Φ娜嵝詫?dǎo)電線路制備方法，為織物表面柔性導(dǎo)電線路直接快速成形提供一種途徑，為柔性導(dǎo)電線路制造領(lǐng)域相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提供思路。