Новости

Jun 07, 2023

Быстрое растворение

Scientific Reports Volume 5, Номер статьи: 17703 (2016) Цитировать эту статью 2497 Доступов 8 Цитирований Подробности о показателях Прозрачная бумага является альтернативным субстратом для электронных устройств благодаря своим свойствам.

Научные отчеты, том 5, Номер статьи: 17703 (2016) Цитировать эту статью

2497 Доступов

8 цитат

Подробности о метриках

Прозрачная бумага является альтернативной подложкой для электронных устройств благодаря своим уникальным свойствам. Однако энергоемкие и/или трудоемкие процедуры в настоящее время ограничивают масштабируемое производство прозрачной бумаги. В этом отчете мы демонстрируем быстрый процесс изготовления оптически прозрачной бумаги с регенеративными целлюлозными волокнами (RCF) с использованием стратегии растворения-отсоединения. RCF имеют среднюю ширину 19,3 мкм и длину несколько сотен микрон, из них получают прозрачную бумагу путем вакуумной фильтрации. Этот новый подход к растворению-разрыву обеспечивает высокую эффективность производства при создании прозрачной бумаги с превосходными оптическими и механическими свойствами.

Оптически прозрачная бумага, состоящая из микроразмерных древесных волокон и/или целлюлозных нановолокон, в последние несколько лет привлекла огромное внимание как альтернатива стеклу и пластикам для использования в электронных устройствах, таких как солнечные элементы, транзисторы, органические светодиоды, сенсорные экраны и антенны1,2,3,4,5,6. Прозрачная бумага обладает такими типичными свойствами, как превосходное оптическое пропускание, высокая прочность на разрыв, низкая шероховатость поверхности и превосходная термическая стабильность, что объясняет ее потенциал для замены обычных подложек. В свою очередь, эффективные и экологически чистые крупномасштабные производственные процессы имеют важное значение для «зеленой» электроники следующего поколения с точки зрения производственных затрат и устойчивости. Сообщалось, что методы вакуумной фильтрации и литья позволяют получить оптически прозрачную нанобумагу, однако они основаны на трудоемких и энергоемких этапах дезинтеграции нановолокон, которые используют низкую концентрацию суспензии целлюлозных нановолокон и ограничены наноразмерными размерами волокна7,8,9 ,10,11,12. Эти факторы серьезно препятствуют масштабируемому и недорогому производству прозрачной нанобумаги. Методы литья или экструзии обычно используются для изготовления прозрачных регенеративных целлюлозных пленок в больших масштабах13,14,15,16, но используемые растворители, такие как N-оксид N-метилморфолина (NMMO)17 и N,N-диметилацетамид/хлорид лития ( DMAc/LiCl)18 создает проблемы для окружающей среды, а также снижает эффективность производства из-за чрезмерного удаления растворителя. Прозрачная бумага, изготовленная из микроразмерных целлюлозных волокон, демонстрирует оптический коэффициент пропускания ~90% и гораздо более высокую эффективность обезвоживания, чем нанобумага, однако процесс производства бумаги с такой высокой прозрачностью занимает 1 час, что нереально для массового производства4.

В этом отчете оптически прозрачная бумага формируется из микроразмерных регенеративных целлюлозных волокон (RCF) с помощью стратегии быстрого растворения и отсоединения. Во-первых, водородные связи между цепями целлюлозы разрушаются, поскольку сырые целлюлозные волокна полностью растворяются в ионных жидкостях (ИЛ) (процесс растворения). Затем полученный раствор целлюлозы по каплям добавляют в регенеративный раствор и энергично перемешивают для получения микроразмерных RCF (процесс разъединения). Регулируя параметры регенеративного раствора, можно собирать микроразмерные RCF с различными размерами и морфологией волокон, что позволяет быстро производить оптически прозрачную бумагу с помощью традиционных процессов изготовления бумаги19. Прозрачная бумага, изготовленная из RCF, имеет следующие преимущества по сравнению с ранее описанной прозрачной бумагой: (1) для массового производства нашей прозрачной бумаги может быть применен экономичный и эффективный метод фильтрации без значительного ущерба оптическим свойствам и механической прочности; (2) на приготовление микроскопических РКП требуется меньше времени (20 мин) и нашей прозрачной бумаги (10 мин) толщиной 60 мкм. Эта стратегия растворения-отсоединения проливает свет на быстрое и недорогое производство прозрачной бумаги с помощью производственных процессов с рулона на рулон.