噴墨打印Ag-MPA納米顆粒以制備溫度傳感器

2023-01-13 16:23 睿度光電RUIDU
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北京印刷學(xué)院電子工程技術(shù)研究中心李路海教授研究團(tuán)隊(duì)使用MicroFab的Jetlab 4噴墨打印系統(tǒng)將Ag-MPA納米顆粒打印到叉指電極上作為功能層以制備溫度傳感器,其**靈敏度,在200℃時(shí),為5.12%℃-1。




介紹

近年來(lái),基于金屬納米顆粒的導(dǎo)電油墨由于其高導(dǎo)電性、低成本和環(huán)保性能,在柔性和印刷電子領(lǐng)域的快速發(fā)展的推動(dòng)下受到了極大的關(guān)注。保護(hù)劑通常用于提高金屬納米顆粒懸浮液的穩(wěn)定性。眾所周知,保護(hù)劑可以吸附在納米顆粒的表面上,從而控制其成核和生長(zhǎng)速率,并防止所制備的納米顆粒的團(tuán)聚和沉淀。

北京印刷學(xué)院電子工程技術(shù)研究中心李路海教授研究團(tuán)隊(duì)在保護(hù)劑3-巰基丙酸(Ag-MPA)覆蓋的基于Ag納米顆粒的膜中發(fā)現(xiàn)的,薄層電阻在180和260℃之間表現(xiàn)出可逆的溫度依賴性變化。溫度傳感器由叉指電極和基于Ag-MPA納米顆粒的功能層組成(如圖1所示)。

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圖1 噴墨打印溫度傳感器示意圖
Ag-MPA膜的薄層電阻的溫度依賴性基本上是可逆的,通過(guò)在180°C和260°C之間重復(fù)加熱和冷卻循環(huán),已經(jīng)證實(shí)了Ag-MPA膜電阻的可逆性質(zhì)超過(guò)100倍。當(dāng)膜經(jīng)歷加熱或冷卻過(guò)程時(shí),Ag表面上MPA分子的gauche和trans構(gòu)象之間的轉(zhuǎn)變是膜的薄層電阻可逆性的潛在機(jī)制(如圖2所示)。弱吸附和牢固吸附的MPA分子共存于Ag納米顆粒表面,弱吸附的MPA分子導(dǎo)致Ag-MPA膜從絕緣轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電,牢固吸附的MPA分子導(dǎo)致了180和260℃之間的溫度依賴性和可逆薄層電阻。
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圖2 在加熱-冷卻循環(huán)期間,MPA分子在Ag顆粒表面上的兩種構(gòu)象:a)gauche 和 b)trans 構(gòu)象
由于薄層電阻的溫度依賴性可逆性,Ag-MPA納米顆粒膜可能是印刷溫度傳感器的潛在候選者,柔性溫度傳感器的完整印刷制造及其不同視圖如圖3所示。隨著溫度的升高,薄層電阻迅速降低(如圖4所示),溫度范圍為180至210℃可以用作印刷溫度傳感器的測(cè)試范圍,在200℃時(shí)溫度傳感器的靈敏度(S)**為5.12%℃-1。
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圖3 基于Ag-MPA納米顆粒的全印刷溫度傳感器。a)絲網(wǎng)印刷的叉指電極,b)叉指電極噴墨打印的Ag- MPA納米銀薄膜,c完全印刷的溫度傳感器前視圖
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圖4 印刷傳感器的薄層電阻變化相對(duì)于工作溫度的比率

結(jié)論

團(tuán)隊(duì)利用納米材料沉積噴墨打印系統(tǒng)Jetlab 4研究了用于印刷溫度傳感器的3-巰基丙酸(Ag-MPA)分子覆蓋的Ag納米顆粒的薄層電阻的溫度依賴性和可逆性,弱吸附和牢固吸附的MPA分子共存于Ag納米顆粒表面使得Ag-MPA納米顆粒作為功能層可以噴墨打印以制備溫度傳感器,這是一種新的溫度敏感材料和器件,在未來(lái)的工作中可能會(huì)應(yīng)用于柔性和可穿戴電子設(shè)備。


參考文獻(xiàn):

[1] Mo L ,   Yang L ,   Wang Z , et al. On the temperature dependency and reversibility of sheet resistance of silver nanoparticles covered by 3-mercaptopropionic acid[J]. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2017, 28(5):4035-4043.

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