은 하이브리드 입자와 기능성 고분자 바인더 기반의 인쇄 전극 제작 및 은 나노 입자가 신축성에 미치는 영향

Abstract

최근 은 나노 와이어 (silver nanowire), 은 나노 입자 (silver nanoparticles) 및 flake와 같은 금속 기반 필러 소재와 고분자계 바인더를 혼합하여 만든 인쇄 가능한 전도성 페이스트 및 잉크와 같은 복합 전극 재료에 대한 많은 연구가 있다. 이러한 신축성 전극 재료는 necking 및 변형 응력을 견딜 수 있어야하며, 이를 위해 유연 기판과의 계면 접착력과 금속 수준의 전도도를 나타내야한다. 그러나 다른 논문에서 보고된 실리콘 기반 바인더에서 발견 된 낮은 계면 접착력과 폴리우레탄 바인더에서 발견 된 금속 입자 소결 온도에 버틸 수 없을 정도의 낮은 내열성의 몇 가지 문제들이 있다. 따라서 기존의 폴리이미드 및 에폭시를 개질하여, 우수한 신축성과 접착력 및 내열성을 가지면서 특수 표면 처리 기술 없이 다양한 재료에 쉽게 적용 할 수 있는 바인더 소재를 만들었다. 또한, 개질된 바인더를 3 가지 유형의 은 분말(flake, 구형 마이크로 및 나노 입자)과 혼합하여 높은 접착 강도, 높은 전도성 및 높은 신축성을 갖는 인쇄 가능한 신축성 전극 재료를 개발했다. 전극 전도성, 신축성 특성 및 잔류 변형 분석 결과는 전극 특성이 나노 입자의 함량 및 분포에 크게 의존함을 보여준다. 전극 전도도는 170 ℃에서 열 경화 후 1.2 x 104에서 4.5 x 104 S/cm의 범위를 가지며 140 % 이상의 변형률에서 우수한 안정성을 보였다.; Recently, there have been a lot of research on composite electrode materials such as printable conductive pastes and inks made by mixing polymer based binders with metal-based filler materials such as silver nanowires, silver nanoparticles and flakes. Such stretchable electrode materials must be able to withstand necking and straining stresses and exhibit interfacial adhesion with flexible substrates and metal-level conductivity. However there are some problems with low interfacial adhesion found in silicon-based binders reported in other articles and low heat resistance that is unattainable to metal particle sintering temperatures found in polyurethane binders. Therefore we used binder materials with excellent stretchability, adhesion and heat resistance. It is a binder material that can be easily applied to various materials without special surface treatment technology and is made by modifying conventional polyimide and epoxy. We have also developed a printable, stretchable electrode material with high bond strength, high conductivity and high stretchability by mixing three types of silver powders (flakes, micro spheres and nanoparticles) with modified binders. The electrode conductivity, stretch properties and residual strain analysis results show that these properties are highly dependent on the content and distribution of the nanoparticles. The electrode conductivity was in the range of 1.2 x 104 to 4.5 x 104 S/cm after thermal curing at 170 °C and showed excellent stability at a strain of 140% or more.