一种多功能柔性电子装置、应用及制备方法

摘要

本发明公开了一种多功能柔性电子装置、应用及制备方法，具体所述的多功能柔性电子装置包括：a.第一电极层；b.发光功能层；c.介电层：为透明的绝缘聚合物；d.第二电极层；e.绝缘保护层：为透明绝缘聚合物。本发明还公开了该柔性电子装置的应用及制备方法，直接在普通织物上制备多功能柔性电子装置，原料丰富、成本低廉、一体性强并且易于实现，本发明创新地运用手写、压印等方式得到图案化的柔性电子装置，同时利用电极产生焦耳热，得到柔性可加热器件，两者结合，得到基于普通织物的多功能柔性电子装置。

权利要求

1.一种多功能柔性电子装置,其特征在于，所述的多功能柔性电子装置包括：a.第一电极层；

b.发光功能层；

c.介电层：为透明的绝缘聚合物；

d.第二电极层；

e.绝缘保护层：为透明的绝缘聚合物；

所述的第一电极层和第二电极层为银纳米线导电薄膜，第一电极层的方块电阻为1Ω/sq-100Ω/sq，透光率为0％-100％；第二电极层的方块电阻为10Ω/sq-1000Ω/sq，透光率在60％-100％之间，银纳米线导电薄膜中银线的平均长度为10-200μm；

同时施加交流电源在第一和第二电极以及直流电源在第一电极两端。

2.根据权利要求1所述的多功能柔性电子装置，其特征在于，所述的第一电极层的方块电阻为1Ω/sq，透光率为20％；第二电极层的方块电阻为100Ω/sq，透光率为90％，其中两块电极层所用银线的平均长度为10μm。

3.根据权利要求1所述的多功能柔性电子装置，其特征在于，所述的绝缘聚合物为聚丁二烯、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇。

4.根据权利要求1所述的多功能柔性电子装置，其特征在于，所述的发光功能层所用的材料为荧光粉和绝缘聚合物的混合液。

5.根据权利要求4所述的多功能柔性电子装置，其特征在于，所述的荧光粉为ZnS系荧光粉。

6.根据权利要求5所述的多功能柔性电子装置，其特征在于，所述的ZnS系荧光粉为ZnS:Cu，ZnS:Gd，ZnS:Mn，ZnS:Pb的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的多功能柔性电子装置，其特征在于，所述的介电层的厚度为

10-50μm。

8.权利要求1-7任一项所述的多功能柔性电子装置的应用，其特征在于，将该多功能柔性电子装置设置在硬性或者柔性的物品上。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的柔性物品为织物。

10.根据权利要求9所述的应用的制备方法，其特征在于，将多功能柔性电子装置设置在织物上的具体方法为：在织物上制备第一电极层：首先在平整硬质的基底上制备银纳米线薄膜，随后涂覆粘合剂，并在粘合剂上盖上普通织物，待粘合剂固化以后，将整体从该基底上剥离；之后依次设置发光功能层、介电层、第二电极层和绝缘保护层。

说明书

一种多功能柔性电子装置、应用及制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种多功能柔性电子装置、应用及制备方法，具体属于柔性可穿戴电子领域。

背景技术

[0002] 随着科技的进步以及人们对科技要求的提高，柔性、可穿戴电子将逐渐成为多功能柔性电子的潮流，如各种可折叠手机、智能手表、便携式医疗设备等。然而这些电子设备亦或不能达到完全柔性，亦或外挂式佩戴舒适感太低，远没有达到人们对可穿戴电子的最终期望。

[0003] 解决佩戴舒适感问题的有效手段即将柔性电子与人们日常所穿的衣物结合，即织物电子。目前仅有少数关于织物电子的报道，公开号为CN101240475B的专利公开了一种电子织物，其需要横向的纤维和纵向的纤维交叉编制而成，且需要划分导电区域群和绝缘区域群，这种编织方式整体较为复杂。其他现有技术中提到简单把织物浸润到导电溶液中得到隔绝红外与可加热的织物，而因织物表面复杂的形貌等原因，基于织物的多功能柔性电子尤其是发光器件很难被实现，进而在织物上低成本、易操作的图案化发光更难被实现。

发明内容

[0004] 本发明的主要目的在于提出了一种多功能柔性电子装置、应用及制备方法，对于发展织物发光发热及其多种方式的图案化作出了有益尝试，并且加强了织物原有的功能，也能更好的保暖兼具快速、可调节的加热性能，且制备简单易操作，成本低，是未来可穿戴电子的重要发展方向。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0006] 一种多功能柔性电子装置,其特征在于，所述的多功能柔性电子装置包括：

[0007] a.第一电极层；

[0008] b.发光功能层；

[0009] c.介电层：为透明或半透明的绝缘聚合物；

[0010] d.第二电极层；

[0011] e.绝缘保护层：为透明或半透明的绝缘聚合物；

[0012] 所述的第一电极层和第二电极层为银纳米线导电薄膜，第一电极层的方块电阻为1Ω/sq-100Ω/sq，透光率为0％-100％；第二电极层的方块电阻为10Ω/sq-1000Ω/sq，透光率在60％-100％之间，银纳米线导电薄膜中银线的平均长度为10-200μm。

[0013] 优选的第二电极层的方阻要大于第一电极层的方阻，使得具有更好的透光性，而方块电阻与透光率双方互相制约，此消彼长。

[0014] 优选的，所述的第一电极层的方块电阻为1Ω/sq，透光率为20％；第二电极层的方块电阻为100Ω/sq，透光率为90％，其中银线的平均长度为10μm。

[0015] 优选的，所述的绝缘聚合物为聚丁二烯、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇。

[0016] 优选的，所述的发光功能层所用的材料为荧光粉和绝缘聚合物的混合液。

[0017] 优选的，所述的荧光粉为ZnS系荧光粉。

[0018] 优选的，所述的ZnS系荧光粉为ZnS:Cu，ZnS:Gd，ZnS:Mn，ZnS:Pb的一种或几种。

[0019] 优选的，所述的介电层的厚度为10-50μm。

[0020] 优选的，所述的介电层的厚度为10μm。

[0021] 上述所述多功能柔性电子装置的应用，将该多功能柔性电子装置设置在硬性或柔性的物品上。

[0022] 优选的，所述的柔性物品为织物。

[0023] 优选的，将多功能柔性电子装置设置在织物上的具体方法为：

[0024] a.在织物上制备第一电极层：首先在平整硬质的基底上制备银纳米线薄膜，随后涂覆粘合剂，并在粘合剂上盖上普通织物，待粘合剂固化以后，将整体从该基底上剥离；

[0025] 之后依次设置发光功能层、介电层、第二电极层和绝缘保护层。

[0026] 本发明的有益效果为：

[0027] 以银纳米线薄膜作为导电层，直接在普通织物上制备多功能柔性电子装置的方式，原料丰富、成本低廉、一体性强并且易于实现，还保证电子设备达到柔性要求；且该器件可以同时实现发光和加热的功能；银纳米线薄膜的厚度对于薄膜的方阻影响较大，银线的长短以及密度对于薄膜的导电性均有较大影响，因此本发明采用合适的厚度、长度以及密度，以获得较好的导电性；介电层的存在则是为了隔绝第一和第二电极，但介电层太薄则影响隔绝效果，介电层太厚，则不利于激发发光层发光；当在织物上设置薄膜时，由于织物的纹路及柔性，使得薄膜不易涂覆均匀，本发明的整体转移的方法，则可以很好的解决薄膜涂覆不均的问题。

附图说明

[0028] 图1柔性电子装置应用在织物上的结构图。

[0029] 图2手写发光照片。

[0030] 图3不同电压下加热温度测试。

[0031] 图4发光、加热双模式同时工作照片。

[0032] 图5不同图案压印发光照片。

[0033] 图中标号：1-普通织物，2-粘合剂，3-银纳米线第一电极，4-发光层，5-介电层，6-银纳米线第二电极，7-手写发光照片，8-双模式同时工作(发光)，9-双模式同时工作(加热)，10-压印发光图案“猪”，11-压印发光图案“龙”，12-压印发光图案“马”。

具体实施方式

[0034] 为了便于本领域普通技术人员理解和实施，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。本发明实施例中所用所有原料及仪器均购自市场。

[0035] 如图1所示为多功能织物的结构图，其中1为普通织物层，2为粘合剂层，3为银纳米线第一电极，4为发光功能层，5为介电层，6为银纳米线第二电极层。

[0036] 实施例1

[0037] 本实施例所用银纳米线平均长度为20μm。

[0038] 1)制备第一电极层：在塑料培养皿基底上喷涂银纳米线制备导电薄膜，所用银纳米线平均长度为20μm，薄膜方块电阻为10Ω/sq，透光率为55％。此导电薄膜兼具发光模式内电极与加热模式加热层的功能。随后在该导电薄膜上滴涂NOA63作为粘合剂并将织物盖于NOA63上，待整体完全固化后从基底上剥离。

[0039] 2)制备发光功能层：将ZnS类荧光粉与绝缘聚合物(PB，即聚丁二烯)充分混合均匀制备发光层溶液，其中对于蓝色发光功能层材料，其加入的荧光粉为ZnS:Cu；橙色发光功能层材料，其加入的荧光粉为ZnS:Cu,Mn；白色发光功能层材料，其加入的荧光粉为ZnS:Cu与ZnS:Cu,Mn的混合物，两者比例为1:1.8，荧光粉与PB的质量比都为1:1。如图2所示，用毛笔蘸取少量液体在下电极上描绘“I”“A”“M”三个字母，分别为三色、黄色、白色，烘干后得到图案化的发光层；

[0040] 3)制备介电层：在上述烘干的发光层上旋涂一层绝缘聚合物(PB)，以达到隔断上下电极的作用，该层的厚度是30μm；

[0041] 4)制备第二电极层：最后喷涂一层银纳米线作为上电极，薄膜方块电阻为100Ω/sq,透光率为80％

[0042] 5)制备绝缘保护层：覆盖一层绝缘聚合物(PB)作为保护层，至此即制备完成。

[0043] 针对器件进行如下表征：

[0044] 采用交流脉冲驱动电源，测试结果如图2，器件展现出“蓝”“黄”“白”三个不同颜色字母的发光图案。

[0045] 实施例中所用电源可以是电池提供，如微型电池或太阳能电池等，也可以是其他电力设备提供。

[0046] 实施例2

[0047] 本实施例所用银纳米线平均长度为10μm。

[0048] 1)制备第一电极层：在塑料培养皿基底上喷涂银纳米线制备导电薄膜，所用银纳米线平均长度为10μm，薄膜方块电阻为1Ω/sq，透光率为20％。此导电薄膜兼具发光模式内电极与加热模式加热层的功能。随后在该导电薄膜上滴涂NOA63作为粘合剂并将织物盖于NOA63上，待整体完全固化后从基底上剥离。

[0049] 2)制备发光功能层：将ZnS类荧光粉与绝缘聚合物(PB)充分混合均匀制备发光层溶液，其中对于蓝色发光功能层材料，其加入的荧光粉为ZnS:Cu，利用旋涂的方式旋涂得到大面积发光层并烘干；

[0050] 3)制备介电层：在上述烘干的发光层上旋涂一层绝缘聚合物(PB)，以达到隔断上下电极的作用，该层的厚度是10μm；

[0051] 4)制备第二电极层：最后喷涂一层银纳米线作为上电极，薄膜方块电阻为1000Ω/sq,透光率为95％

[0052] 5)制备绝缘保护层：覆盖一层绝缘聚合物(PB)作为保护层，至此即制备完成。

[0053] 针对实施例2所得器件进行如下表征：

[0054] 1.采用直流电源与红外热成像仪测试织物加热性能，测试结果如图3。

[0055] 2.同时施加交流电源在第一和第二电极以及直流电源在第一电极两端。测试其双模式工作状态，测试结果如图4。

[0056] 以上所有膜层也可利用旋涂法、刮涂法或喷涂法完成。

[0057] 对实施例2中的电子织物在不同电压下进行温度测试，温度测试所用仪器为：红外热成像仪。所得到的结果如图3所示，从图中可以看出，随着施加电压的升高，电子织物的加热峰值温度明显上升，因此，可根据外加电压的不同调节加热温度。该电子织物升温迅速，可在300s内从室温升至最高温度。

[0058] 实施例3

[0059] 本实施例所用银纳米线平均长度为200μm。

[0060] 1)制备第一电极层：在塑料培养皿基底上喷涂银纳米线制备导电薄膜，所用银纳米线平均长度为200μm，薄膜方块电阻为100Ω/sq，透光率为90％，此导电薄膜兼具发光模式内电极与加热模式加热层的功能，银纳米线密度应尽可能高而得到良好的导电性。随后在该导电薄膜上滴涂NOA63为粘合剂并将织物盖于NOA63上，待整体完全固化后从基底上剥离。

[0061] 2)制备发光功能层：将ZnS:Cu荧光粉与绝缘聚合物(PB)充分混合均匀制备发光层溶液，其质量比为1:1。选取“猪”图案的生肖印章，压取少量发光层溶液后在下电极上压印相应的图案，烘干后得到图案化的发光层；

[0062] 3)制备介电层：在上述烘干的发光层上旋涂一层绝缘聚合物(PB)，以达到隔断上下电极的作用，该层的厚度是50μm；

[0063] 4)制备第二电极层：最后喷涂一层银纳米线作为上电极，薄膜方块电阻为1000Ω/sq,透光率为95％；

[0064] 5)制备绝缘保护层：覆盖一层绝缘聚合物(PB)作为保护层，至此即制备完成。

[0065] 实施例4

[0066] 本实施例所用银纳米线平均长度为10μm。

[0067] 1)制备第一电极层：在塑料培养皿基底上喷涂银纳米线制备导电薄膜，所用银纳米线平均长度为10μm，薄膜方块电阻为1Ω/sq，此导电薄膜兼具发光模式内电极与加热模式加热层的功能，银纳米线密度应尽可能高而得到良好的导电性。随后在该导电薄膜上滴涂NOA63作为粘合剂并将织物盖于NOA63上，待整体完全固化后从基底上剥离。

[0068] 2)制备发光功能层：将ZnS:Cu荧光粉与绝缘聚合物(PB)充分混合均匀制备发光层溶液，其质量比为1:1。选取“龙”图案的生肖印章，压取少量发光层溶液后在下电极上压印相应的图案，烘干后得到图案化的发光层；

[0069] 3)制备介电层：在上述烘干的发光层上旋涂一层绝缘聚合物(PB)，以达到隔断上下电极的作用，该层的厚度是10μm；

[0070] 4)制备第二电极层：最后喷涂一层银纳米线作为上电极,薄膜方块电阻为10Ω/sq，透光率为55％；

[0071] 5)制备绝缘保护层：覆盖一层绝缘聚合物(PB)作为保护层，至此即制备完成。

[0072] 实施例5

[0073] 本实施例所用银纳米线平均长度为10μm。

[0074] 1)制备第一电极层：在塑料培养皿基底上喷涂银纳米线制备导电薄膜，所用银纳米线平均长度为10μm，薄膜方块电阻为1Ω/sq，此导电薄膜兼具发光模式内电极与加热模式加热层的功能，银纳米线密度应尽可能高而得到良好的导电性。随后在该导电薄膜上滴涂NOA63作为粘合剂并将织物盖于NOA63上，待整体完全固化后从基底上剥离。

[0075] 2)制备发光功能层：将ZnS:Cu荧光粉与绝缘聚合物(PB)充分混合均匀制备发光层溶液，其质量比为1:1。选取“马”图案的生肖印章，压取少量发光层溶液后在下电极上压印相应的图案，烘干后得到图案化的发光层；

[0076] 3)制备介电层：在上述烘干的发光层上旋涂一层绝缘聚合物(PB)，以达到隔断上下电极的作用，该层的厚度是10μm；

[0077] 4)制备第二电极层：最后喷涂一层银纳米线作为上电极，薄膜方块电阻为100Ω/sq，透光率为80％；

[0078] 5)制备绝缘保护层：覆盖一层绝缘聚合物(PB)作为保护层，至此即制备完成。

[0079] 针对实施例3-5所得器件进行如下表征：

[0080] 采用交流脉冲驱动电源，测试结果如图5，器件展现出“猪”、“龙”、“马”三个的发光图案，其轮廓与印章相同。

[0081] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。