一种铜纳米颗粒油墨在脉冲烧结过程中的监测装置

1.本实用新型属于纳米铜油墨脉冲烧结技术领域，尤其涉及一种铜纳米颗粒油墨在脉冲烧结过程中的监测装置。


背景技术：

2.在柔性基片上印刷电子技术由于具有大规模生产和低成本的潜力，以及物理柔性电子技术带来的额外应用，已经成为传统光刻方法的替代品。使用金属纳米颗粒油墨在柔性基片上印刷的电子器件已被用于各种柔性电子应用，包括柔性显示器、柔性太阳能电池、可穿戴电子、有机薄膜晶体管和有机发光二极管。金属纳米墨水如金、银纳米油墨由于其优异的导电性、热力学稳定性和在常规工艺条件下的烧结效率高而被广泛应用。然而，这些贵金属过于昂贵，无法商业化。
3.由于铜的价格远远高于金银的价格。因此，铜纳米颗粒油墨作为印刷电子领域的金和银纳米油墨的低成本替代品受到了广泛关注。但铜纳米颗粒与空气接触容易氧化，在常温下不能用常规热烧结方法烧结；相反，烧结需要惰性气体来防止氧化，或还原性气体来将氧化层还原为纯金属。
4.利用氙灯的脉冲可以烧结大面积的铜纳米颗粒油墨。可以通过毫秒脉冲照射对铜纳米颗粒烧结进行现场监测。然而，这种监测提供的信息仅包括与脉冲烧结条件有关的电阻变化，包括脉冲数、脉冲宽度、脉冲间隙和能量。为了进一步了解铜纳米粒子的脉冲烧结机理，还需要对纳米粒子薄膜(铜纳米颗粒油墨)的温度变化进行监测和研究。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种铜纳米颗粒油墨在脉冲烧结过程中的监测装置，能够对纳米粒子薄膜(铜纳米颗粒油墨)在烧结过程中的温度变化进行准确监测，方便进一步了解铜纳米粒子的脉冲烧结机理。
6.本实用新型具体通过以下技术方案来实现：
7.提供一种铜纳米颗粒油墨在脉冲烧结过程中的监测装置，包括温度测定装置和电阻测定装置，其中：
8.所述温度测定装置包括带运放的非反相放大器电路、丝极电源、热电偶和第一示波器；所述热电偶接入所述非反相放大器电路的输入端，所述热电偶用于获取烧结过程中形成在pi基板上的铜纳米颗粒油墨涂层的实时测量温度；所述丝极电源用于对所述非反相放大器电路施加恒定电压来操作运放；所述非反相放大器电路的输出端接入所述第一示波器，所述非反相放大器电路的输出电压采用所述第一示波器记录；
9.所述电阻测定装置包括惠斯通电桥电路、源表和第二示波器；所述源表用于对所述惠斯通电桥电路施加恒定电压；所述惠斯通电桥电路包括连接组成电桥的四个臂的电阻r5、r6、r7、r
x
，其中所述电阻r
x
为烧结过程中形成在pi基板上的铜纳米颗粒油墨涂层的电阻值，所述电阻r5、r6、r7为已知电阻值的固定电阻；所述第二示波器接入所述惠斯通电桥电路
中，所述第二示波器用于记录惠斯通电桥的两个中点之间的电压差。
10.作为本实用新型的进一步说明，所述热电偶为响应时间为1ms的k型热电偶。
11.作为本实用新型的进一步说明，所述电阻r5、r6、r7的阻值相等。
12.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
13.本实用新型提供的铜纳米颗粒油墨在脉冲烧结过程中的监测装置，通过在非反相放大器电路(包括运放和热电偶)中转换电压的变化，测量并记录了铜纳米颗粒薄膜(铜纳米颗粒油墨)中由此产生的温度变化，并利用惠斯通电桥电路同时实时监测纳米膜薄片(铜纳米颗粒油墨)电阻变化，从而方便进一步了解铜纳米粒子的脉冲烧结机理。
附图说明
14.图1是pi基板、铜纳米颗粒油墨涂层及热电偶之间连接示意图；
15.图2是本实用新型提供的非反相放大器电路温度测定原理图；
16.图3是本实用新型提供的惠斯通电桥电路电阻测定原理图。
17.图中，1.铜纳米颗粒油墨涂层，2.pi基板，3.热电偶。
具体实施方式
18.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
19.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
20.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
21.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
22.下面将结合具体实施例对本实用新型的技术方案加以解释。
23.提供一种铜纳米颗粒油墨在脉冲烧结过程中的监测装置，包括温度测定装置和电阻测定装置，其中：
24.如图2所示，所述温度测定装置包括带运放的非反相放大器电路、丝极电源、热电偶和第一示波器；所述热电偶接入所述非反相放大器电路的输入端，所述热电偶用于获取烧结过程中形成在pi基板上的铜纳米颗粒油墨涂层的实时测量温度；所述丝极电源用于对所述非反相放大器电路施加恒定电压来操作运放；所述非反相放大器电路的输出端接入所述第一示波器，所述非反相放大器电路的输出电压采用所述第一示波器记录；
25.如图1所示，在进行热电偶安装时，用销钉在pi基板上钻一个孔，将热电偶插入该孔，并用聚四氟乙烯胶带粘在pi基板背面进行固定。然后，将制备好的纳米铜油墨用医生刀法覆盖热电偶，涂覆在pi基板上，在室温条件下，用脉冲灯照射面积为2cm～1cm的条件烧结形成纳米铜油墨涂层。
26.其中，所述热电偶优选为响应时间为1ms的k型热电偶。
27.所述丝极电源施加的恒定电压为15v，在非反相放大电路中，r1和r3的电阻值固定在10k，r2和r4固定在100k，在烧结过程中，输出电压(v
out
)使用第一示波器以每秒20104个样本来记录。基于上述非反相放大电路，由输出电压(v
out
)计算出烧结过程中铜纳米膜(铜纳米颗粒油墨)的温度变化，公式如下：
[0028][0029][0030][0031]
其中v
out
是第一示波器记录的输出电压，v
in
是铜纳米颗粒膜的温度梯度转换的电压差，
△
t
measured
是铜纳米颗粒膜的温度变化，α是修正因子(热电偶得出的测量值)，测量值为0.025℃/μv。
[0032]
如图3所示，所述电阻测定装置包括惠斯通电桥电路、源表和第二示波器；所述源表用于对所述惠斯通电桥电路施加恒定电压；所述惠斯通电桥电路包括连接组成电桥的四个臂的电阻r5、r6、r7、r
x
，其中所述电阻r
x
为烧结过程中形成在pi基板上的铜纳米颗粒油墨涂层的电阻值，所述电阻r5、r6、r7为已知电阻值的固定电阻；所述第二示波器接入所述惠斯通电桥电路中，所述第二示波器用于记录惠斯通电桥的两个中点之间的电压差。
[0033]
源表所施加的恒定电压为4v和电流1.2a，用示波器测量并记录惠斯通电桥两个中点之间的电压差(vd)，由电压差(vd)可计算出未知电阻，根据惠斯通电桥电阻计算公式，为了方便r
x
电阻值的计算，可以将电阻r5、r6、r7的阻值设置为相等，均为r，此时公式简化为如下：
[0034][0035]
其中,r
x
是纳米膜薄片(铜纳米颗粒油墨涂层)的电阻，vi是惠斯通电桥的输入电压(4v)，vd是惠斯通电桥上的电压。
[0036]
以上给出的实施例是实现本实用新型较优的例子，本实用新型不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本实用新型技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本实用新型的保护范围。