柔性印刷传感器:激光原位还原Cu(NO3)2实现高导铜电极

文章概述

柔性电子传感器件的出现开辟了可穿戴式电子产品的发展,可粘贴在服装或人体皮肤表面的高性能柔性应变传感器在娱乐业、健康监测、医疗保健等行业具有广阔的应用前景。Cu纳米颗粒以其相对低廉的价格和高电导率,正在成为取代Au/Ag纳米材料的下一代可伸缩器件的导电电路材料。本文提出了一种新型有效的原位制备方法,利用激光辅助乙二醇直接还原、烧结硝酸氧化铜盐‘墨水’,制备了厚度40um、灵敏度高、导电性好(~90 uΩ cm)的铜印刷电极。进一步, 将该铜印刷电极转移至可伸缩PDMS基底上,成功开发出适用于运动探测器和LED开关的柔性传感电子器件。这种原位制备方法为可伸缩电子器件的研发提供了新的思路。
 

文章引用信息

Shi Bai, Shigang Zhang, Weiping Zhou, Delong Ma, Ying Ma, Pooran Joshi, Anming Hu, Laser-AssistedReduction of Highly Conductive Circuits based on Copper Nitrate for FlexiblePrinted Sensors. Nano-Micro Lett.(2017) 9:42.http://dx.doi.org/10.1007/s40820-017-0139-3此工作发表于Nano-Micro Letters期刊2017年第9卷第4期,详情请阅读全文,可免费下载。本文同步在期刊微信、微博、科学网博客、Facebook、Twitter等平台推出。以往推文请关注中文推广网站(http://nmsci.cn)。
  
作者介绍
   
胡安明,北京工业大学激光工程研究院聘为特聘教授,北京市海外高层次人才计划。中科院物理所博士,加拿大滑铁卢大学物理与天文系博士。主要研究方向:超快激光纳米3D制造;表面增强的拉曼光谱学和荧光光谱学;细胞纳米手术及纳米药物;纳米光子晶体在医学、环境及能源领域的应用。发表论文90余篇,他引600余次。
主页链接:http://jgy.bjut.edu.cn/jsdw/js/201579/17999_1.html

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图文导读

图 1  a) 激光直写的实验原理图,b) 基于铜电极的柔性传感器的制作原理图,c) 铜电极在PDMS衬底的照片,d) PET衬底上的蜘蛛和锯齿形电极

图 2  铜盐油墨的 a) XRD图谱,b) 吸收光谱 , c) 玻璃表面铜线的扫描电镜图像 , d) 激光功率对减小铜线线宽的影响 , e) 通过三维轮廓仪测量铜线的高度和宽度

图 3  a) 3 W时激光还原铜盐的XRD谱图, b) 激光研磨前后样品的拉曼光谱 , c-f) 在功率为2, 3, 4和5 W的情况下,铜电极的典型扫描电镜图像减少了, g) 铜电极电阻率与激光功率的关系(激光还原和烧结示意图),h) 激光还原铜纳米颗粒的平均粒径

图 4  a)激光退火铜膜的有限元模拟, b) 激光扫描速度下的温度分布的模拟, c) 不同激光功率和辐照时间下样品的温度变化, d) 硝酸铜热重分析曲线

图 5  a)电阻率作为反复弯曲/松弛循环的函数 , b) 传感器的电阻响应从0度到150度的弯曲角度 , c) 传感器的应变电阻响应 , d) 传感器对从5到400克的压力反应 , e) 三明治结构的SEM图像(红色线指铜电极区域,蓝色箭头指PDMS覆盖电极的位置),f) 铜电极在6000次弯曲循环后的典型扫描电镜图像

图 6 a-d) 三个发光二极管在传感器的拉伸下的照明,e-f) 通过称量50毫克纸的传感器的电阻响应照片

图 7 a) 运动检测传感器的照片, b) 基于铜电极的柔性传感器人体手指运动检测, c-d) 触摸开关控制打开和关闭LED的照片(触摸开关示意图)

Nano-Micro Letters《纳微快报》


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