CN111542173A - 一种利用蜡基固态导电油墨的纸基电子电路印制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用蜡基固态导电油墨的纸基电子电路印制方法，采用蜡分散剂与导电材料混合而成的蜡基固态导电油墨，通过直接涂敷或采用掩模版或喷蜡打印的印制手段在纸基底上形成薄膜或电子电路图案，再利用简单加热途径使得蜡分散剂去除，留下导电材料。其中的蜡基固态导电油墨制备过程充分利用了蜡分散剂的低熔点特性，可将多种液相分散不佳的导电材料进行均一分散，具有更普适的分散效果。基于此种蜡基固态导电油墨的纸基电子电路印制方法在使用时，得益于纸张与蜡之间的关系以及各自特点，可以实现操作简单的大规模电子电路设计，为纸基电子学提供新思路。
Description
技术领域
本发明属于电子电路印制领域，具体涉及一种利用蜡基固态导电油墨的纸基电子电路印制方法。
背景技术
随着纸基电子学的发展，印刷技术的引入大大提高了电子电路印制的效率。最常见的印刷技术包括，丝网印刷技术，喷墨打印技术，蜡打印技术等等。丝网印刷技术和喷墨打印技术通常采用液相分散的油墨，因此对材料的液相分散能力和粒径大小依赖极大，比如石墨烯在水相中的分散效率极低，而商用的石墨烯油墨往往通过添加多种有机溶剂来实现有效分散，但是却不可避免的稀释了油墨中石墨烯的含量。液相分散油墨的局限性表明，需要探究一种更具普适性的分散方式，使得更多的材料适用于电子电路印制，实现更高程度的电子电路印制效果和效率。
蜡打印技术是当前纸基电子学中的重要组成部分，该技术完美结合了纸基底的毛细效应与蜡的低熔点特性，往往利用该技术进行纸基微流控的沟道印制或者电子电路的封装印制，其印制精度与控制都比较精确。然而当前蜡打印技术尚属电子电路的辅助打印技术，单靠蜡打印技术无法实现电子电路印制，其应用场景十分受限。
综上所述，结合蜡分散剂的固态导电油墨及其电子电路印制方法既可以解决多种材料无法分散问题又可以实现以蜡基固态导电油墨为基础的新型纸基电子电路印制方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的缺陷，并提供一种利用蜡基固态导电油墨的纸基电子电路印制方法。
本发明所采用的具体技术方案如下：
一种利用蜡基固态导电油墨的纸基电子电路印制方法，其包括如下步骤：
S1：将蜡基固态导电油墨以层状附着在纸基底上形成目标图案，所述蜡基固态导电油墨由蜡分散剂和导电材料组成，且导电材料以粉末形式均匀分散于固态的蜡分散剂中；
S2：对S1中载有蜡基固态导电油墨的纸基底进行加热，使蜡基固态导电油墨中的蜡分散剂熔化后完全渗入纸基底中，而导电材料附着于纸基底表面。
作为优选，所述步骤S1中，将蜡基固态导电油墨通过直接涂覆、采用掩膜版或喷蜡打印的方式，在纸基底上形成薄膜或电子电路图案。
作为优选，所述步骤S2中的加热温度高于蜡基固态导电油墨中蜡的熔点。
作为优选，所述步骤S2中的加热温度为50～150℃。
作为优选，所述纸基底为表面粗糙多孔的材质，优选为滤纸或A4纸。
作为优选，所述蜡基固态导电油墨由0.1～10质量份的导电材料和0.1～10质量份的蜡分散剂组成。
作为优选，所述导电材料采用导电碳材料、导电金属材料或半导体材料中的一种或多种。
作为优选，所述蜡分散剂采用植物蜡、矿物蜡、石油蜡和合成蜡中的一种或多种。
作为优选，所述蜡基固态导电油墨的制备步骤如下：
S11：将固态蜡分散剂加热至熔化状态，形成液态蜡分散剂；
S12：将导电材料加入S11所述液态蜡分散剂中混匀，得到均匀分散的混合物；
S13：对S12中所述混合物进行低温速冻，使得混合物中的导电材料均匀分散于固态的蜡分散剂中，形成蜡基固态导电油墨。
作为优选，步骤S12中所述混匀方式为超声搅拌，搅拌时间为2小时。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明所述的使用蜡基固态导电油墨的纸基电子电路印制方法，充分利用了纸与蜡之间的关系。在印制时，利用蜡基固态导电油墨与纸张之间的相互作用即可将导电材料绘制在纸上；利用蜡的低熔点特性和纸张的毛细效应，仅靠加热就可以实现蜡的去除，留下导电材料，从而具有操作简单的优点。
(2)本发明所采用的蜡基固态导电油墨充分利用了蜡的低熔点特性，实现了多种不同导电材料的固相分散，解决了大多数材料不易液相分散的难点，对大部分材料具有普适的分散效果。
(3)本发明所采用的基底可以为纸张，既利用了纸张廉价易得的优点，又使其适用于蜡打印机，可以实现更多材料，更精细图案，更大规模的电子电路印制。
(4)本发明所实现的蜡基固态导电油墨，得益于其常温固态特性，在运输储存等方面与现存油墨相比具有更大优势。
附图说明
图1为本发明的纸基电子电路印制方法示意图；
图2为图1中印制方法的微观原理图；
图3为本发明的蜡基固态导电油墨制备过程示意图；
图中附图标记为：
蜡基固态导电油墨101，电子电路图案102，掩膜板103，空白纸基底104，纸基底105，第一加热设备106，蜡基固态导电油墨层201，蜡分散剂层202，导电材料层203，第二加热设备301，液态蜡分散剂302，导电材料303，混合物304，模具305。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
如图1所示，为本发明中利用蜡基固态导电油墨的纸基电子电路印制方法，其包括如下步骤：
1)将蜡基固态导电油墨101通过设计有电子电路图案102的掩膜板103在空白纸基底104上绘制相应图案，蜡基固态导电油墨101以层状形式在基底上附着，其具体厚度可根据需要调整，具体的图案类型根据待印刷的电子电路而定。该蜡基固态导电油墨由蜡分散剂和导电材料组成，导电材料以粉末状均匀分散于固态的蜡分散剂中。纸基底为表面粗糙多孔的材质，可以为滤纸、普通A4纸等。除了采用上述掩膜板103将蜡基固态导电油墨101负载在空白纸基底104上，还可以采用直接涂覆或者喷蜡打印的方式实现。
2)将上述载有电子电路图案102的纸基底105放置在第一加热设备106上进行加热，加热温度高于蜡基固态导电油墨101中蜡的熔点，融化的蜡能够渗入纸基底105中实现除去目的，而原本分散在蜡中的导电材料则留在纸基底105上，形成导电的电子电路。
在第2)中，一般设定加热温度在50～150℃，这是由于蜡的熔点一般为50℃左右，加热温度在50～150℃时，可以保证蜡成熔化状态，并且纸基底105不会炭化损毁。
在本发明中，其中，蜡基固态导电油墨含有0.1～10质量份的导电材料和0.1～10质量份的蜡分散剂。两种组分中，导电材料可以为粉末状，采用导电碳材料、导电金属材料或半导体材料中的一种或多种。蜡分散剂可以采用植物蜡、矿物蜡、石油蜡和合成蜡中的一种或多种，优选为大豆蜡、蜂蜡。
如图2所示，为本发明中利用蜡基固态导电油墨纸基电子电路印制方法的微观原理图，空白纸基底104的表面存在大量空隙，具有毛细效应。蜡基固态导电油墨101通过利用掩膜版、直接涂覆或者喷蜡打印的方式，在空白纸基底104表面形成很薄一层的蜡基固态导电油墨层201。在加热前，由于蜡分散剂的存在，该蜡基固态导电油墨层201并不导电。加热后，得益于蜡分散剂的低熔点特性，固态的蜡分散剂变为液态，并且受空白纸基底104表面的毛细作用影响，率先渗入空白纸基底104内部，形成蜡分散剂薄层202。此时，导电材料层203被留在空白纸基底104的表面。
如图3所示，为本发明中蜡基固态导电油墨的制备方法：
1)利用第二加热设备301将固态蜡分散剂加热至熔化状态，形成液态蜡分散剂302；
2)按照0.1～10质量份导电材料和0.1～10质量份蜡分散剂的比例，将对应质量的导电材料303加入液态蜡分散剂302中混匀，得到混合物304，混合物304中的导电材料303以粉末形式均匀分散于液态蜡分散剂302；混匀的方式可以选用超声搅拌2小时，或者超声震荡一定时间。
3)将上述混合物304根据需要置入合适形状的模具305中低温速冻，以使得液态蜡分散剂302快速凝固，而混合物304中的导电材料303以粉末形式均匀分散于固态的蜡分散剂的孔隙中，形成蜡基固态导电油墨101。在速冻操作中需要保证快速冷却，若冷却速度过慢，则导电材料303粉末会在蜡分散剂中因重力作用沉降，使分布不均匀，影响后续应用。
本发明中的第一加热设备106和第二加热设备301可以根据需要进行选择，例如加热垫、烘箱等均可。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种利用蜡基固态导电油墨的纸基电子电路印制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将蜡基固态导电油墨以层状附着在纸基底上形成目标图案，所述蜡基固态导电油墨由蜡分散剂和导电材料组成，且导电材料以粉末形式均匀分散于固态的蜡分散剂中；
S2：对S1中载有蜡基固态导电油墨的纸基底进行加热，使蜡基固态导电油墨中的蜡分散剂熔化后完全渗入纸基底中，而导电材料附着于纸基底表面。
2.根据权利要求1所述纸基电子电路印制方法，其特征在于，所述步骤S1中，将蜡基固态导电油墨通过直接涂覆、采用掩膜版或喷蜡打印的方式，在纸基底上形成薄膜或电子电路图案。
3.根据权利要求1所述纸基电子电路印制方法，其特征在于，所述步骤S2中的加热温度高于蜡基固态导电油墨中蜡的熔点。
4.根据权利要求1所述纸基电子电路印制方法，其特征在于，所述步骤S2中的加热温度为50～150℃。
5.根据权利要求1所述纸基电子电路印制方法，其特征在于，所述所述纸基底为表面粗糙多孔的材质，优选为滤纸或A4纸。
6.根据权利要求1所述纸基电子电路印制方法，其特征在于，所述蜡基固态导电油墨由0.1～10质量份的导电材料和0.1～10质量份的蜡分散剂组成。
7.根据权利要求1所述纸基电子电路印制方法，其特征在于，所述导电材料采用导电碳材料、导电金属材料或半导体材料中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述纸基电子电路印制方法，其特征在于，所述蜡分散剂采用植物蜡、矿物蜡、石油蜡和合成蜡中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述纸基电子电路印制方法，其特征在于，所述蜡基固态导电油墨的制备步骤如下：
S11：将固态蜡分散剂加热至熔化状态，形成液态蜡分散剂；
S12：将导电材料加入S11所述液态蜡分散剂中混匀，得到均匀分散的混合物；
S13：对S12中所述混合物进行低温速冻，使得混合物中的导电材料均匀分散于固态的蜡分散剂中，形成蜡基固态导电油墨。
10.根据权利要求9所述纸基电子电路印制方法，其特征在于，步骤S12中所述混匀方式为超声搅拌，搅拌时间为2小时。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200814 |
|
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