一種圖案化金屬透明導(dǎo)電薄膜的制備方法
【專利說明】—種圖案化金屬透明導(dǎo)電薄膜的制備方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及透明導(dǎo)電薄膜制備領(lǐng)域，具體涉及一種圖案化金屬透明導(dǎo)電薄膜的制備方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]透明導(dǎo)電薄膜對(duì)于很多電子器件非常關(guān)鍵，比如各種顯示器(包括液晶顯示器、等離子體顯示器、有機(jī)發(fā)光二極管等)，觸摸屏和太陽能電池等。目前廣泛使用的透明導(dǎo)電薄膜材料ITO具有優(yōu)良的光電特性，如較低的電阻率(〈1000hm/Sq)、高的可見光透過率(>80%)。新一代的電子產(chǎn)品發(fā)展正逐步向有機(jī)電子學(xué)和柔性器件發(fā)展，這要求電極材料不但具有透明性，還要具有柔韌性。ITO具有較大的脆性，在柔性基底上成膜后很容易由于基底的數(shù)次彎折導(dǎo)致導(dǎo)電性急劇下降。另外，薄膜中In2O3價(jià)格昂貴，成本較高；銦有劇毒，在制備和應(yīng)用中會(huì)對(duì)人體有害；并且，Sn和In的原子量較大，成膜過程中容易滲入到基材內(nèi)部，毒化基材。ITO的這些缺點(diǎn)促使研宄者們尋找可以替代ITO的新型透明柔性電極材料。
[0005]目前新出現(xiàn)的透明柔性電極材料主要有碳納米管、石墨烯、金屬納米線的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)、金屬納米粒子自組裝而成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。納米銀除具有銀優(yōu)良的導(dǎo)電性之外，由于納米級(jí)別的尺寸效應(yīng)，還具有優(yōu)異的透光性、耐曲撓性。因此被視為是最有可能替代傳統(tǒng)ITO透明電極的材料，為實(shí)現(xiàn)柔性、可彎折LED顯示、觸摸屏等提供了可能，并已有大量的研宄將其應(yīng)用于薄膜太陽能電池。
[0006]在觸摸屏的使用中，需要對(duì)非圖案化的透明導(dǎo)電薄膜進(jìn)行刻蝕等圖案化處理，造成了原料的大量浪費(fèi)，且效率低下。
[0007]圖案化的透明導(dǎo)電薄膜已有報(bào)道，如金屬網(wǎng)絡(luò)(metal mesh)。而Metal Mesh的黃光顯影制程或精密印刷費(fèi)用較高，且洗銀過程面臨斷線的問題，會(huì)降低產(chǎn)品良率(http://www.dz3w.com/news/zhm/10104.html)。
[0008]申請(qǐng)?zhí)枮?01310204888.6的專利在基材表面印刷具有設(shè)定結(jié)構(gòu)的凸出的高分子圖案層，再在圖案以外區(qū)域覆蓋碳納米管透明導(dǎo)電層，接著溶解掉高分子圖案區(qū)域，制備出透明導(dǎo)電薄膜。該方法具有較高的生產(chǎn)效率，但是難以實(shí)現(xiàn)小線寬的印刷。申請(qǐng)?zhí)枮?01110058431.X的專利在柔性襯底表面鋪設(shè)一層透明壓印膠，通過壓印技術(shù)形成溝槽網(wǎng)絡(luò)，向溝槽中注入導(dǎo)電墨水，得到了圖形化的柔性透明導(dǎo)電薄膜。與該專利相比，本發(fā)明直接在柔性襯底上制備出微納米級(jí)的圖案，省略了鋪設(shè)壓印膠的步驟，使實(shí)驗(yàn)過程更加簡(jiǎn)單易行，節(jié)省成本。
[0009]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種圖案化金屬透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，使其導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)嵌于柔性襯底上連續(xù)貫通的凹槽之中，提高導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的抗剝落性，同時(shí)通過控制凹槽的寬度和深度，可以提高薄膜的導(dǎo)電性和總體透光性。
[0011]為解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
一種圖案化金屬透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，包括以下具體步驟:
步驟1，在柔性襯底上制備出設(shè)定凹槽圖案，所述凹槽圖案是連續(xù)通路；
步驟2，將金屬導(dǎo)電漿料刮涂在柔性襯底表面，干燥；
步驟3，將柔性襯底表面多余的金屬導(dǎo)電漿料除掉，保留下凹槽圖案中的金屬導(dǎo)電漿料；
步驟4，對(duì)處理后的柔性襯底中的金屬導(dǎo)電漿料進(jìn)行固化，得透明導(dǎo)電薄膜。
[0012]作為優(yōu)選的是，所述凹槽圖案采用熱壓印法或激光刻蝕法制備。
[0013]作為熱壓印法優(yōu)選的是，步驟1，所述熱壓法前襯底用具有不粘黏性溶液處理，所述不粘黏性溶液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的全氟硅烷的無水乙醇溶液。
[0014]作為熱壓印法優(yōu)選的是，所述熱壓印法所用的模板為經(jīng)過微納米級(jí)精細(xì)加工的金屬或硅片，形狀是平面狀或曲面狀。
[0015]作為優(yōu)選的是，步驟1，所述凹槽圖案的面積不超過20%;所述凹槽圖案的寬度為I μ m-?ο μ m，深度為 I μ m_10 μ m。
[0016]作為優(yōu)選的是，步驟2，所述金屬導(dǎo)電漿料為銀漿料、銅漿料或銀包銅漿料，且顆粒粒徑為 10-1000nm。
[0017]作為優(yōu)選的是，步驟1，所述柔性襯底的材料為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亞胺(PI )、聚乙烯(PE)或聚酰胺(PA)中的任一種。
[0018]作為優(yōu)選的是，步驟4，所述固化溫度低于250°C。
[0019]作為銀漿料優(yōu)選的是，所述銀漿料由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的粒徑50_300nm的銀粉，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%的有機(jī)載體，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%流平劑溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%混合溶劑組成，其中，所述有機(jī)載體由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%的乙基纖維素和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為88%的丙二醇甲醚醋酸酯組成，所述混合溶劑由松節(jié)油、乙醇、乙二醇單丁醚按照體積比40:40:20配制而成，所述流平劑溶液由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.33%的BYK-333和91.66%的無水乙醇組成。
[0020]有益效果
本發(fā)明采用熱壓印或激光刻蝕的方法，根據(jù)器件電路設(shè)計(jì)要求，在柔性襯底表面制備出微納米級(jí)的圖案，再向圖案中填充導(dǎo)電漿料，除去表面多余的導(dǎo)電漿料，經(jīng)過固化，得到圖案化的透明導(dǎo)電薄膜。由于采用了精加工的模板和熱壓的方法，使得在柔性襯底表面加工微納米級(jí)圖案變得簡(jiǎn)單高效，且成本低廉，非常有利于透明導(dǎo)電薄膜的大面積制備。與傳統(tǒng)非圖案化透明導(dǎo)電薄膜相比，本發(fā)明比較簡(jiǎn)單高效，可在較低溫度下直接制備出需要的圖案，不需要經(jīng)過曝光、顯影、刻蝕等繁多的步驟。由于導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)嵌在柔性襯底的凹槽中，大大減小了因外力造成的磨損，保證了薄膜導(dǎo)電率的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)使用壽命。
[0021]
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明透明導(dǎo)電薄膜的制備流程圖，其中I為柔性襯底，2為金屬導(dǎo)電漿料層；
圖2為壓印圖案后的柔性襯底PET的顯微鏡照片，圖中的六邊形即為凹槽圖案；
圖3為填涂金屬漿料后的柔性襯底PET的顯微鏡照片，圖中的黑色六邊形即為金屬漿料形成的連貫通路。
[0023]圖4為實(shí)施例4所制備的透明導(dǎo)電薄膜在可見光范圍內(nèi)的透光性。
[0024]
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例1
一種圖案化金屬透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，包括以下具體步驟:
步驟1，190°C下將硅片模板上的六邊形圖案壓印到PET上，得到的圖案為連續(xù)共邊六邊形，邊長(zhǎng)200 μ m，凹槽寬度5 μπι，凹槽深度4 μπι。其中，所用娃片模板通過常規(guī)微電子刻蝕技術(shù)制備，為共邊六邊形組成的圖案，六邊形邊長(zhǎng)200 μm，邊寬5 μm，邊的高度為4 μπι。
[0026]步驟2，將銀漿料刮涂在PET表面上，40°C下干燥1min。
[0027]步驟3，將硅片表面多余的銀漿料除掉，保留下凹槽圖案中的導(dǎo)電漿料。
[0028]步驟4，對(duì)處理后的硅片中的銀漿料進(jìn)行150°C燒結(jié)20min，重復(fù)步驟2、步驟3和步驟4，得透明導(dǎo)電薄膜。
[0029]本實(shí)施例中所使用的銀漿料成分為:質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的粒徑50_300nm的銀粉，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%的有機(jī)載體，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%硼酸鉍玻璃粉，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%混合溶劑，其中，所述有機(jī)載體由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%的乙基纖維素和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為88%的松油醇，所述混合溶劑中松節(jié)油、乙醇、乙二醇單丁醚的體積比40:40: 20。
[0030]在六邊形圖案周邊隨機(jī)選點(diǎn)，涂覆上銀漿料，150°C烘烤20min。用萬用表測(cè)點(diǎn)之間的電阻，電阻率得14.8 Ω/cm。用紫外分光光度計(jì)測(cè)量以PET薄膜為背景的透光率(如圖4所示)，測(cè)得550nm處的透光率為80%。相應(yīng)的，550nm處透光率89%的ITO玻璃，方阻為δΩ/sq,電阻率為 11.8 Ω/cm。
[0031]實(shí)施例2
步驟1，190°C下將硅片模板