织物表面微细导电线路喷射打印化学沉积成形方法及机理

A novel idea of forming conductive lines on the fabric is proposed by combining the micro-droplet spraying 3D printing technology and the thermo-chemical liquid deposition technology. That is to solve the existing problems, such as poor flexibility of the conductive lines manufacturing on the surface of the fabrics, limited the line width and high cost, etc. By analyzing the dynamics and thermodynamic characteristics of the metal salt and the reducing agent micro-droplet spraying and joint deposition process, we can form mechanism and theoretical model that can control effectively on the conductive lines of the fabrics' surface .The law that the impact of the interaction of the multi-field coupling's parameters to the quality of the formed conductive line and the final performance is revealed. The key technique of droplet spraying and chemicals deposition forming the fine conductive line on fabric surface with higher porosity and roughness is broken. Based on the above research, the new method of the micro-droplet jetting and chemical deposition forming the conductive lines on the fabrics' surface is established. The project is expected to provide a new the method for the flexibility manufacturing the conductive lines on fabrics' surface. In addition, the research will promote the integration manufacturing technology of the electronic information technology and textile product to develop for the direction of high efficiency and low cost.

针对目前织物表面导电线路制备工艺柔性差、线路宽度受限、成本高等现存问题，提出将微滴喷射3D打印与化学沉积技术相结合，直接在织物上成形微细导电线路的新思路。通过分析金属盐和还原剂微滴喷射及联合沉积过程的动力学和热力学特性，建立织物表面导电线路成形机制及有效控制理论模型，揭示多场耦合参数交互作用对成形导电线路质量及最终性能的影响规律，突破具有多孔、高粗糙度复杂特征织物表面微细导电线路成形的关键技术，确立织物表面微滴喷射打印化学沉积直接成形导电线路新方法。本项目研究旨在为织物表面导电线路的柔性化制备提供一种新途径，对电子信息技术与纺织品的集成制备向高效率、低成本方向发展起到积极的促进作用。

智能纺织品是一个集电子、信息、纺织材料等多学科交叉的新兴领域，是目前国内外广泛关注的一个热点问题，该纺织品在保持原织物特性的前提下，与织物高度集成为一个独立的电子信息系统，具有传感、通信、数据处理等功能，因而在航空、航天和医疗保健等领域有着重要的应用前景和市场潜力。而作为电子信息系统各元件连接的导电线路柔性化制备是实现可穿戴智能纺织品的关键。基于此，本项目提出微滴按需喷射打印和化学沉积技术相结合，直接在织物表面打印成形柔性导电线路制造的新工艺。通过设计与开发双喷头微滴按需喷射联合沉积控制系统，研究了多参数交互作用对成形线路质量及性能的影响规律，明确了微滴在织物表面碰撞、铺展的动态过程，确立了织物表面导电线路直接喷射打印成型工艺。.首先，设计开发了气动式双喷头微滴按需喷射系统，研究了控制参数对微滴稳定喷射及产生微滴尺寸大小的影响规律，实现了两种反应材料的可控稳定喷射；采用试验的手段，研究了微滴在织物表面的碰撞、铺展及渗透过程，得到了微滴与织物表面碰撞过程形态的变化规律及渗透趋势，揭示了微滴在织物表面的沉积机理；选用不同的织物表面处理试剂，对处理后织物的润湿特性和扩散形态进行研究，确定了织物表面微滴沉积形态有效控制方法。.采用单因素变量研究方法，研究了当硝酸银、抗坏血酸溶液浓度，PVP添加量，溶液PH值改变时，反应成形的银导线方阻阻值和SEM微观形貌的变化机理；确定了反应条件对生成微细银颗粒的均匀性和形状规则性的工艺条件；研究了织物表面不同沉积速度和沉积序列对成形导电线路形貌及性能的影响规律，确定了最佳的打印沉积工艺；研究了织物表面导电线路后处理工艺对线路性能的影响，确定了线路性能增强和防洗脱落工艺。在上述研究的基础上，本项目初步实现了织物表面柔性导电线路的打印成形，为智能纺织品的进一步研究奠定基础。