BE1030375A1 - Verfahren zur herstellung von metallischen nanodrahtmustern auf einem substrat mit mikro-nano-oberflächenstruktur, flexibles leitendes material und dessen verwendung - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der flexiblen Elektroden und offenbart ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Nanodrahtmustern auf einem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur, ein elastisches Material für flexible Elektroden und eine Anwendung davon. Das Verfahren zur Herstellung von Mustern umfasst: Auftragen einer Metallnanodraht-Dispersion auf die Oberfläche eines Substrat mit Oberflächenmikrostrukturs und Bilden eines Metallnanodrahtfilms nach dem Trocknen; Beschichten des Metallnanodrahtfilms mit einem lichthärtenden Harz und Belichten desselben unter Verwendung einer Maske; Entfernen der Maske, so dass sich die enge Verbindung in dem belichteten Bereich von dem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur ablöst, um ein Substrat mit Oberflächenmikrostruktur mit Metallischen Nanodrahtmustern zu erhalten. Das Verfahren kann die Bildung von feinen Metallischen Nanodrahtmustern auf Substrat mit Oberflächenmikrostrukturen wie Sandpapier realisieren, wobei das Verfahren einfach, ätzfrei, kostengünstig, grün und umweltfreundlich ist. Das mit dem Transferdruckprozess hergestellte flexible leitende Material kann im Bereich der dehnbaren Leiter, Sensoren und tragbaren elektronischen Geräte verwendet werden und weist breite Anwendungsperspektiven auf.
Description
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON METALLISCHEN
NANODRAHTMUSTERN AUF EINEM SUBSTRAT MIT MIKRO-NANO-
OBERFLÄCHENSTRUKTUR, FLEXIBLES LEITENDES MATERIAL UND
DESSEN VERWENDUNG
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der flexiblen Elektroden, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Nanodrahtmustern auf einem
Substrat mit Oberflächenmikrostruktur, ein elastisches Material für flexible Elektroden und dessen Anwendung.
STAND DER TECHNIK
Das Zeitalter des Internets der Dinge ist eine Welt, in der alles miteinander verbunden ist.
Tragbare elektronische Geräte, die flexibel, dünn, leicht und faltbar sind und sich dem
Körper anpassen, werden die Brücke sein, um Menschen und Dinge miteinander zu verbinden. Die Drähte und Elektroden, die Geräte miteinander verbinden, sind eine
Schlüsselkomponente eines jeden elektronischen Geräts. Herkömmliche Formen von
Schaltkreisen und leitenden Materialien sind jedoch für flexible tragbare Anwendungen nicht geeignet. Mehrere neue Strategien für niedrigdimensionale Nanomaterialien, leitfähige
Polymere und leitfähige Filme (einschließlich Schlangen-, Wellen- und Out-of-Plane-
Designs) wurden für die Herstellung flexibler elektronischer Produkte angewandt, um die
Anforderungen an flexible, biegsame und dehnbare elektronische Produkte für tragbare
Elektronik zu erfüllen. Im Vergleich zu anderen Kandidaten-Materialien gelten
Metallnanodrähte aufgrund der hervorragenden elektrischen und thermischen Leitfähigkeit, der hohen mechanischen Festigkeit, der Flexibilität und der Biokompatibilität als vielversprechender flexibler elektronischer Baustein.
Die Herstellung von metallischen Nanodrahtmustern ist ein wesentlicher Prozess, um elektrische Layouts zu erreichen, wie z.B. transparente leitfähige Muster auf Touchpanels und Serpentinenmuster zur Verbesserung der Dehnbarkeit flexibler Elektroden. Die
Industrie und Wissenschaft haben eine Vielzahl von Methoden entwickelt, um
Metallnanodraht-Netzwerkmuster herzustellen, einschließlich = Photolithographie,
Laserablation, Druck, Vakuumfiltration, Modulation der Grenzflächenhaftung und
Benetzungs-Entfeuchtungs-Montagetechniken.
Raue leitfähige Filme mit Oberflächenmikrostrukturen eignen sich hervorragend für flexible, tragbare Geräte wie dehnbare Leiter, Drucksensoren, Superkondensatoren, elektrische Nanoregeneratoren durch Reibung, Displays und Dehnungssensoren. Die im
Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung von metallischen
Nanodrahtmustern werden jedoch in der Regel auf flachen und glatten Oberflächen durchgeführt, und es wurden keine Studien über ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Nanodrahtmustern auf Substrat mit Oberflächenmikrostrukturen unter
Verwendung des bekannten Verfahrens zur Herstellung von Mustern berichtet.
INHALT DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Ein erster Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Nanodrahtmustern auf einem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur zur
Verfügung zu stellen, das die Bildung von feinen Metallischen Nanodrahtmustern auf
Substrat mit Oberflächenmikrostrukturen wie Sandpapier realisieren kann, wobei das
Verfahren einfach, ätzfrei, kostengünstig, grün und umweltfreundlich ist.
Ein zweiter Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein flexibles leitendes Material mit Metallischen Nanodrahtmustern und eine Anwendung davon zur Verfügung zu stellen, wobei das flexible leitende Material dadurch hergestellt wird, dass die mit dem obigen
Verfahren erhaltenen Substrate mit Oberflächenmikrostruktur mit Metallischen
Nanodrahtmustern mittels eines Transferdruckprozesses behandelt werden, was förderlich dafür ist, tragbare Anwendungen von elektronischer Haut sowie die Herstellung von verschiedenen Sensoren zu realisieren, und breite Anwendungsperspektiven aufweist.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgende technische Lösung realisiert: ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Nanodrahtmustern auf einem Substrat mit
Oberflächenmikrostruktur, umfassend:
Auftragen einer Metallnanodraht-Dispersion auf die Oberfläche eines Substrats mit
Oberflächenmikrostruktur und Bilden eines Metallnanodrahtfilms nach dem Trocknen;
Beschichten des Metallnanodrahtfilms mit einem lichthärtenden Harz und Belichten desselben unter Verwendung einer Maske, wobei das lichthärtende Harz, das sich in dem belichteten Bereich befindet, eine enge Verbindung mit den Metalnanodrähten bildet;
Entfernen der Maske, so dass sich die enge Verbindung in dem belichteten Bereich von dem
Substrat mit Oberflächenmikrostruktur ablöst, um ein Substrat mit
Oberflächenmikrostruktur mit Metallischen Nanodrahtmustern zu erhalten.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die obige Maske ein flexibles Kunststoffsubstrat, wobei die Maske eine hydrophobe Oberfläche oder eine hydrophile Oberfläche aufweist.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wenn die obige
Maske eine hydrophobe Oberfläche aufweist, umfasst das Verfahren zum Ablösen der engen
Verbindung von dem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur nach dem Entfernen der
Maske: Einweichen des Substrats mit Oberflächenmikrostruktur in einer Ethanollösung für 5-10 min.
Ferner wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wenn die obige Maske eine hydrophile Oberfläche aufweist, die enge Verbindung während des
Prozesses des Entfernens der Maske zum Ablösen von dem Substrat mit
Oberflächenmikrostruktur gebracht.
Ferner umfasst in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das
Verfahren nach dem Entfernen der Maske weiterhin einen Schritt zum Waschen des lichthärtenden Harzes in dem unbelichteten Bereich mit einer Ethanollösung.
Ferner umfasst in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das obige lichthärtende Harz ein modifiziertes Harz eines Acrylatsystems und ein modifiziertes
Harz eines Epoxidharzsystems.
Ferner umfasst in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der obige Belichtungsprozess: Aushärten durch die Bestrahlung mit UV-Licht für 2-5 s, wobei die Wellenlänge des UV-Lichts 340-380 nm und die Leistung 39-45 Mw/cm? beträgt.
Ferner beträgt in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die
Trocknungstemperatur während der Bildung des Metallnanodrahtfilms 100-130°C.
Ein flexibles leitendes Material mit Metallischen Nanodrahtmustern, das durch Auftragen eines elastischen Materials auf die Oberfläche des Substrats mit Oberflächenmikrostruktur mit Metallischen Nanodrahtmustern und Durchführen eines Transferdruckprozesses erhalten wird, wobei das Substrat mit Oberflächenmikrostruktur mit Metallischen
Nanodrahtmustern unter Verwendung des obigen Verfahrens zur Herstellung von Mustern hergestellt wird.
Eine Anwendung des obigen flexiblen leitenden Materials im Bereich der dehnbaren Leiter,
Sensoren und tragbaren elektronischen Geräte.
Im Vergleich zum Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung zumindest folgende technische Effekte:
Das Verfahren zur Herstellung von metallischen Nanodrahtmustern auf einem Substrat mit
Oberflächenmikrostruktur, das durch die vorliegende Anmeldung bereitgestellt wird, verwendet ein Substrat mit Oberflächenmikrostruktur, wie z.B. Sandpapier, Blätter usw., auf dem ein Metallnanodrahtfilm gebildet wird, da das lichthärtende Harz bei einer kurzen
Belichtungszeit keine gute Haftung auf dem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur erreichen kann, ist es einfach, das Substrat mit Oberflächenmikrostruktur mit Hilfe einiger
Methoden, wie z.B. Einweichen in Ethanol, Abreißen der hydrophilen Maske usw., vollständig abzulösen und die Metalnanodrähte, die auf dem Substrat mit
Oberflächenmikrostruktur eine enge Verbindung mit dem lichthärtenden Harz bilden, zu entfernen, während ein verbleibender Teil der Metallnanodrähte weiterhin an dem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur anhaftet, um ein SS zu bilden. Das gebildete
Metallnanodrahtmuster kann mit einem Transferdruckprozess auf andere Materialien übertragen werden, um ein flexibles leitendes Material mit Metallischen Nanodrahtmustern für weitere Anwendungen im Bereich dehnbarer Leiter, Sensoren und tragbarer elektronischer Geräte zu erhalten.
Das in der vorliegenden Anwendung bereitgestellte Verfahren zur Herstellung von Mustern vermeidet den Einsatz herkömmlicher Verfahren wie Photolithographie und Laserätzung, die oft durch teure Ausrüstung, komplexe Prozesse und hohe Kosten gekennzeichnet und nicht umweltfreundlich sind. Die vorliegende Anmeldung ermöglicht erstmals die
Herstellung von metallischen Nanodrahtmustern auf Substrat mit
Oberflächenmikrostrukturen, was die weitere Kommerzialisierung elektronischer Geräte mit rauen Metallischen Nanodrahtmustern erleichtern wird. Solche flexiblen Elektroden oder elektronischen Verbindungen mit Metallischen Nanodrahtmustern erleichtern deren 5 Spannungsdispersion in Zuständen mit großer Verformung. Die gemusterten
Metallnanodrähte können mittels elastischer Harze auf andere tragbare Substrate übertragen werden, auf denen unter den Bedingungen herkömmlicher Verfahren oft kein gemusterter leitender dünner Film gebildet werden kann.
Das in der vorliegenden Anmeldung bereitgestellte Verfahren zur Herstellung von Mustern hat die technischen Vorteile der Einfachheit, des geringen Energieverbrauchs, der
Zeiteffizienz, des fehlenden Ätzens und der wenigen Schritte. Die Vorteile der einfachen
Technologie und der wenigen Schritte tragen dazu bei, die Fehlerhäufigkeit in mehrstufigen
Prozessen zu verringern, die Produktausbeute zu verbessern und die Kosten zu senken; die
Vorteile des geringen Energieverbrauchs und des Fehlens von Ätzvorgängen vermeiden die
Entflammbarkeit und Explosion und die Gefahren giftiger Substanzen, die durch den chemischen Ätzschritt in herkömmlichen Fotolithografieprozessen verursacht werden, und erreichen die Ziele der Wirtschaftlichkeit, des Umweltschutzes und des geringen
Kohlenstoffausstoßes.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Figur 1 zeigt ein Ablaufdiagramm in einem ersten Ausführungsbeispiel.
Figur 2 zeigt ein auf einem Sandpapier hergestelltes Metallnanodrahtmuster in einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines flexibles leitendes Material mit Metallischen
Nanodrahtmustern , das in einem fünften Ausführungsbeispiel bereitgestellt wird.
Figur 4 zeigt ein schematisches Diagramm eines Metallnanodrahtmusters nach dem
Transferduck, das in einem fünften Ausführungsbeispiel bereitgestellt wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend im
Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei der Fachmann auf diesem Gebiet jedoch verstehen kann, dass die folgenden Ausführungsbeispiele nur zur
Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung dienen und nicht als Einschränkung des
Umfangs der vorliegenden Erfindung angesehen werden sollten, die in den
Ausführungsbeispielen nicht angegebenen spezifischen Bedingungen gemäß den herkömmlichen oder vom Hersteller empfohlenen Bedingungen durchgeführt werden und die verwendeten Reagenzien oder Geräte, bei denen der Hersteller nicht angegeben ist, herkömmliche Produkte sind, die im Handel erhältlich sind.
Die vorliegende Erfindung verwendet die folgende technische Lösung: ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Nanodrahtmustern auf einem Substrat mit
Oberflächenmikrostruktur, umfassend die folgenden Schritte:
Schritt S1: Auftragen einer Metallnanodraht-Dispersion auf die Oberfläche eines Substrat mit Oberflächenmikrostrukturs und Bilden eines Metallnanodrahtfilms nach dem Trocknen.
In der vorliegenden Ausführungsform kann das Substrat mit Oberflächenmikrostruktur ein künstlich hergestelltes Produkt sein, wie z.B. Sandpapier usw.; es kann auch ein Gegenstand mit einer rauen Oberfläche in der Natur sein, wie z.B. Pflanzenblätter, Salzpartikel usw. Die
Mikrostruktur der menschlichen Epidermis ähnelt der von Sandpapier. Als größtes Organ des menschlichen Körpers spielt die Haut eine wichtige Rolle beim Schutz des
Körpergewebes und bei der Aufnahme von Informationen über äußere Reize, und die tragbare Elektronik entwickelt sich in Richtung einer elektronischen Haut, die eine ähnliche
Funktion wie die menschliche Haut hat. Daher trägt dieses Verfahren zur Bildung von
Metallischen Nanodrahtmustern auf dem Sandpapier zur Entwicklung tragbarer elektronischer Häute bei.
Außerdem beträgt die Trocknungstemperatur während der Bildung des
Metallnanodrahtfilms 100-130°C, bevorzugt 105-125°C, noch bevorzugter 110-120°C. Die
Erfinder haben herausgefunden, dass bei einer Trocknungstemperatur von 100-130°C die
Metallnanodrähte besser miteinander verbunden sind und am Substrat haften, um zu verhindern, dass sich die Metallnanodrähte in den unbelichteten Bereichen im nachfolgenden Prozesses vom Substrat ablösen; unterhalb dieses Temperaturbereichs sind die Metallnanodrähte nicht ideal gemustert und oberhalb dieses Temperaturbereichs neigen die Metallnanodrähte zum Schmelzen und Oxidieren.
Ferner umfasst der obige Beschichtungsprozess die Tropfenbeschichtung, die
Schlitzbeschichtung, die Mayer-Stab-Beschichtung, die Schleuderbeschichtung und die
Tintenstrahlbeschichtung. Die Tropfenbeschichtung wird bevorzugt.
Schritt S2: Beschichten des Metallnanodrahtfilms mit einem lichthärtenden Harz und
Belichten desselben unter Verwendung einer Maske, wobei das lichthärtende Harz, das sich in dem belichteten Bereich befindet, eine enge Verbindung mit den Metalnanodrähten bildet.
Das lichthärtende Harz in der vorliegenden Anmeldung, das auch als lichtempfindliches
Harz bezeichnet wird, ist ein Oligomer, das bei Lichteinwirkung in relativ kurzer Zeit schnelle physikalische und chemische Veränderungen erfährt und dadurch vernetzen und aushärten kann. Ein lichthärtendes Harz ist ein lichtempfindliches Harz mit einer niedrigen relativen Molekülmasse und weist reaktive Gruppen auf, die lichtgehärtet werden können, wie z.B. ungesättigte Doppelbindungen oder Epoxidgruppen. Bevorzugt umfasst das lichthärtende Harz ein modifiziertes Harz eines Acrylatsystems und ein modifiziertes Harz eines Epoxidharzsystems. Dabei hat das modifizierte Harz des Acrylatsystems die kombinierten Vorteile einer Vielzahl von Harzen.
Der Prozess zur Verwendung einer Masken-Bedeckung für die Belichtung umfasst:
Bedecken des lichthärtenden Harzes mit der Maske und Herausdrücken des überschüssigen flüssigen lichthärtenden Harzes, so dass die Maske eng an dem Substrat mit
Oberflächenmikrostruktur anliegt.
Ferner ist die Maske ein flexibles Kunststoffsubstrat, wobei die Maske eine hydrophobe
Oberfläche oder eine hydrophile Oberfläche aufweist. Bevorzugt ist die Maske eine
Kunststofflichtschirm mit einer hydrophoben Oberfläche und eine Kunststofffolie mit einer hydrophilen Oberfläche.
Ferner umfasst der obige Belichtungsprozess: Aushärten durch die Bestrahlung mit UV-
Licht für 2-5 s (bevorzugt 3 oder 4 s), wobei die Wellenlänge des UV-Lichts 340-380 nm und die Leistung 39-45 Mw/cm® beträgt. Bevorzugt beträgt die Wellenlänge des UV-Lichts 360-370 nm und die Leistung 40-45 Mw/cm?. Die Erfinder hat herausgefunden, dass das lichthärtende Harz in einer kurzen Belichtungszeit keine gute Haftung auf dem Substrat mit
Oberflächenmikrostruktur erreichen kann, was förderlich für ein anschlieBendes Ablösen durch Einweichen in Ethanol, um gemusterte Metallnanodrähte auf dem Substrat mit
Oberflächenmikrostruktur zu hinterlassen. Bei einer Bestrahlungszeit von mehr als 5 s haftet das lichthärtende Harz gut an dem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur und löst sich weniger leicht ab, während bei einer Bestrahlungszeit von weniger als 2 s das Harz nur schwer aushärtet. Die Steuerung von Wellenlänge und Leistung des UV-Lichts trägt dazu bei, das von der Maske definierte Muster mit hoher Genauigkeit zu reproduzieren.
Schritt S3: Entfernen der Maske, so dass sich die enge Verbindung in dem belichteten
Bereich von dem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur ablöst, um ein Substrat mit
Oberflächenmikrostruktur mit Metallischen Nanodrahtmustern zu erhalten.
Ferner umfasst das Ablösen der engen Verbindung in dem belichteten Bereich von dem
Substrat mit Oberflächenmikrostruktur die folgenden zwei Implementierungen:
Implementierung 1: wenn die Maske ein dünner Film mit einer hydrophoben Oberfläche ist (z.B. eine Filmmaske), haftet der dünne Film während des Belichtungsprozesses nicht am lichthärtenden Harz. Die Verfahren zum Ablösen der engen Verbindung vom Substrat mit
Oberflächenmikrostruktur nach dem Entfernen der Maske besteht darin, dass das Substrat mit Oberflächenmikrostruktur für 5-10 min in eine Ethanollösung eingeweicht wird, da das lichthärtende Harz bei einer kurzen Belichtungszeit keine gute Haftung auf dem Substrat mit
Oberflächenmikrostruktur erreichen kann, wird es während des Tauchvorgangs in Ethanol aufquellen und sich vom Substrat mit Oberflächenmikrostruktur ablösen und die
Metallnanodrähte auf dem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur, die eine enge Verbindung mit dem lichthärtenden Harz bilden, mitnehmen, während der verbleibende Teil der
Metallnanodrähte weiterhin an dem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur haftet, so kann durch die Gestaltung des Musters des Blendeschutzabschnitts auf der Maske ein
Metallnanodrahtmuster mit einem entsprechenden Muster auf dem Substrat mit
Oberflächenmikrostruktur gebildet werden.
Implementierung 2: wenn die Maske ein dünner Film mit einer hydrophilen Oberfläche ist, haftet der Film während des Belichtungsprozesses an dem lichthärtenden Harz, das in dem belichteten Bereich gehärtet wurde, und während des Entfernens der Maske treibt die Maske das lichthärtende Harz, das in dem belichteten Bereich gehärtet wurde, und die
Metallnanodrähte zusammen vom Sandpapier ab, während der verbleibende Teil der
Metallnanodrähte weiterhin an dem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur haftet, um das
Metallnanodrahtmuster zu bilden.
Bevorzugt umfasst das Waschen des lichthärtenden Harzes im unbelichteten Bereich das
Waschen des überschüssigen lichthärtenden Harzes, indem das Substrat mit
Oberflächenmikrostruktur als Ganzes in Ethanol gelegt wird, wodurch die Auswirkung auf das Metallnanodrahtmuster bei nachfolgenden Anwendungen beseitigt wird.
Bei dem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur mit Metallnanodrahtmustern, das durch das obige Verfahren der vorliegenden Anmeldung erhalten wurde, kann das gebildete
Metallnanodrahtmuster mit Hilfe eines Transferdruckprozesses auf andere Materialien übertragen werden, um ein flexibles leitendes Material mit Metallischen Nanodrahtmustern zu erhalten. Insbesondere wird die Oberfläche des gemusterten Substrats mit
Oberflächenmikrostrukturs dann mit einem anderen elastischen Material beschichtet, und nach dem Aushärten und Entfernen des elastischen Materials haften die gemusterten
Metallnanodrähte an der unteren Oberfläche des elastischen Materials, um ein flexibles leitendes Material mit Metallischen Nanodrahtmustern zu erhalten. Das elastische
Material kann ein lichthärtendes Harz, ein Polydimethylsiloxan, Polyurethan oder
Epoxidharz sein.
Dieses flexible leitende Material mit Metallischen Nanodrahtmustern wird weiterhin im
Bereich flexibler tragbarer Geräte wie dehnbarer Leiter, Drucksensoren,
Superkondensatoren, elektrischer Nanoregeneratoren durch Reibung, Sensoren und
Dehnungssensoren usw. weiter verwendet und weist eine hervorragende Leistung auf.
Im Folgenden werden die ausführlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es versteht sich, dass die hier geschilderten ausführlichen
Ausführungsformen nur zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung dienen, statt die vorliegende Erfindung zu beschränken.
Ausführungsbeispiel 1
Das vorliegende Ausführungsbeispiel stellt ein Verfahren zur Herstellung von metallischen
Nanodrahtmustern auf einem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur zur Verfügung, dessen
Ablaufdiagramm wie in Figur 1 dargestellt, und wobei es insbesondere die folgenden
Schritte umfasst:
(1) Auftragen einer Metallnanodraht-Dispersion auf die Oberfläche eines Sandpapiers und
Erhitzen und Trocknen bei 100°C, um einen Metallnanodrahtfilm zu bilden. (2) Beschichten des Metallnanodrahtfilms mit einem lichthärtenden Harz (Acrylatsystem),
Bedecken mit einer Filmmaske mit einer hydrophoben Oberfläche, Auspressen des überschüssigen flüssigen Harzes, anschließendes Aushärten durch die Bestrahlung mit LED-
UV-Licht für 3 s, nachdem die Filmmaske eng an dem Sandpapier anlag, wobei die
Wellenlänge des LED-UV-Lichts 365 nm und die Leistung 42 Mw/cm? beträgt. Nach dem
Belichten bildet das lichthärtende Harz im belichteten Bereich eine enge Verbindung mit dem Metallnanodrahtfilm, während das lichthärtende Harz im unbelichteten Bereich in einem flüssigen Zustand auf der Sandpapieroberfläche verbleibt. (3) Entfernen der Maske und Legen des Sandpapiers als Ganzes in Ethanol, um das nicht ausgehärtete lichthärtende Harz zu reinigen, wobei die Oberfläche des Metallnanodrahtfilms auf dem Sandpapier, der keine enge Verbindung mit dem lichthärtenden Harz gebildet hat, sauber bleibt. (4) Einweichen des Sandpapiers als Ganzes für 8 min in einer Ethanollösung, wobei die enge
Verbindung im belichteten Bereich sich vom Substrat mit Oberflächenmikrostruktur ablöst, d.h. nach Einweichen in Ethanol für 8 min nimmt das ausgehärtete Harz das Ethanol auf und quillt auf und löst sich von dem Substrat ab, während die Metallnanodrähte auf dem
Sandpapier, mit denen es fest verbunden ist, mitgenommen werden. Nach dem Einweichen und Reinigen mit Wasser wird das Metallnanodrahtmuster auf dem Sandpapier dargestellt, wie in Figur 2 dargestellt.
Ausführungsbeispiel 2
Das vorliegende Ausführungsbeispiel stellt ein Verfahren zur Herstellung von metallischen
Nanodrahtmustern auf einem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur zur Verfügung, umfassend insbesondere die folgenden Schritte: (1) Auftragen einer Metallnanodraht-Dispersion auf die Oberfläche eines Sandpapiers und
Erhitzen und Trocknen bei 130°C, um einen Metallnanodrahtfilm zu bilden. (2) Beschichten des Metallnanodrahtfilms mit einem lichthärtenden Harz (Epoxidharzsystem), Bedecken mit einer Filmmaske mit einer hydrophoben Oberfläche,
Auspressen des überschüssigen flüssigen Harzes, anschlieBendes Aushärten durch die
Bestrahlung mit LED-UV-Licht für 5 s, nachdem die Filmmaske eng an dem Sandpapier anlag, wobei die Wellenlänge des LED-UV-Lichts 340 nm und die Leistung 45 Mw/cm? beträgt. Nach dem Belichten bildet das lichthärtende Harz im belichteten Bereich eine enge
Verbindung mit dem Metallnanodrahtfilm, während das lichthärtende Harz im unbelichteten
Bereich in einem flüssigen Zustand auf der Sandpapieroberfläche verbleibt. (3) Entfernen der Maske und Legen des Sandpapiers als Ganzes in Ethanol, um das nicht ausgehärtete lichthärtende Harz zu reinigen, wobei die Oberfläche des Metallnanodrahtfilms auf dem Sandpapier, der keine enge Verbindung mit dem lichthärtenden Harz gebildet hat, sauber bleibt. (4) Einweichen des Sandpapiers als Ganzes für 5 min in einer Ethanollösung, wobei die enge
Verbindung im belichteten Bereich sich vom Substrat mit Oberflächenmikrostruktur ablöst, d.h. nach Einweichen in Ethanol für 5 min nimmt das ausgehärtete Harz das Ethanol auf und quillt auf und löst sich von dem Substrat ab, während die Metallnanodrähte auf dem
Sandpapier, mit denen es fest verbunden ist, mitgenommen werden. Nach dem Einweichen und Reinigen mit Wasser wird das Metallnanodrahtmuster auf dem Sandpapier dargestellt.
Ausführungsbeispiel 3
Das vorliegende Ausführungsbeispiel stellt ein Verfahren zur Herstellung von metallischen
Nanodrahtmustern auf einem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur zur Verfügung, umfassend insbesondere die folgenden Schritte: (1) Auftragen einer Metallnanodraht-Dispersion auf die Oberfläche eines Sandpapiers und
Erhitzen und Trocknen bei 110°C, um einen Metallnanodrahtfilm zu bilden. (2) Beschichten des Metallnanodrahtfilms mit einem lichthärtenden Harz (Epoxidharzsystem), Bedecken mit einer Filmmaske mit einer hydrophoben Oberfläche,
Auspressen des überschüssigen flüssigen Harzes, anschlieBendes Aushärten durch die
Bestrahlung mit LED-UV-Licht für 5 s, nachdem die Filmmaske eng an dem Sandpapier anlag, wobei die Wellenlänge des LED-UV-Lichts 340 nm und die Leistung 45 Mw/em? beträgt. Nach dem Belichten bildet das lichthärtende Harz im belichteten Bereich eine enge
Verbindung mit dem Metallnanodrahtfilm, während das lichthärtende Harz im unbelichteten
Bereich in einem flüssigen Zustand auf der Sandpapieroberfläche verbleibt. (3) Entfernen der Maske und Legen des Sandpapiers als Ganzes in Ethanol, um das nicht ausgehärtete lichthärtende Harz zu reinigen, wobei die Oberfläche des Metallnanodrahtfilms auf dem Sandpapier, der keine enge Verbindung mit dem lichthärtenden Harz gebildet hat, sauber bleibt. (4) Einweichen des Sandpapiers als Ganzes für 10 min in einer Ethanollösung, wobei die enge Verbindung im belichteten Bereich sich vom Substrat mit Oberflächenmikrostruktur ablöst, d.h. nach Einweichen in Ethanol für 10 min nimmt das ausgehärtete Harz das Ethanol auf und quillt auf und löst sich von dem Substrat ab, während die Metallnanodrähte auf dem
Sandpapier, mit denen es fest verbunden ist, mitgenommen werden. Nach dem Einweichen und Reinigen mit Wasser wird das Metallnanodrahtmuster auf dem Sandpapier dargestellt.
Ausführungsbeispiel 4
Das vorliegende Ausführungsbeispiel stellt ein Verfahren zur Herstellung von metallischen
Nanodrahtmustern auf einem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur zur Verfügung, umfassend die folgenden Schritte: (1) Auftragen einer Metallnanodraht-Dispersion auf die Oberfläche eines Sandpapiers und
Erhitzen und Trocknen bei 120°C, um einen Metallnanodrahtfilm zu bilden. (2) Beschichten des Metallnanodrahtfilms mit einem lichthärtenden Harz (Acrylatsystem),
Bedecken mit einer Kunststoffmaske mit einer hydrophilen Oberfläche, Auspressen des überschüssigen flüssigen Harzes, anschließendes Aushärten durch die Bestrahlung mit LED-
UV-Licht für 2 s, nachdem die Filmmaske eng an dem Sandpapier anlag, wobei die
Wellenlänge des LED-UV-Lichts 380 nm und die Leistung 39 Mw/cm? beträgt. Nach dem
Belichten bildet das lichthärtende Harz im belichteten Bereich eine enge Verbindung mit den Metalnanodrähten und der Kunststoffmaske, während das lichthärtende Harz im unbelichteten Bereich meistens an der unteren Oberfläche der Kunststoffmaske anhaftet und in einem flüssigen Zustand verbleibt. (3) Entfernen der Kunststoffmaske, der ausgehärtete Teil des Harzes wird zusammen mit den Metalnanodrähten vom Sandpapier entfernt, und das Metallnanodrahtmuster wird dann direkt auf dem Sandpapier dargestellt.
Ausführungsbeispiel 5
Das vorliegende Ausführungsbeispiel stellt ein flexibles leitendes Material mit Metallischen
Nanodrahtmustern zur Verfügung, umfassend insbesondere die folgenden Schritte:
(1) Auftragen einer Metallnanodraht-Dispersion auf die Oberfläche eines Sandpapiers und
Erhitzen und Trocknen bei 70°C, um einen Metallnanodrahtfilm zu bilden. (2) Beschichten des Metallnanodrahtfilms mit einem lichthärtenden Harz (Acrylatsystem),
Bedecken mit einer Filmmaske mit einer hydrophoben Oberfläche, Auspressen des überschüssigen flüssigen Harzes, anschließendes Aushärten durch die Bestrahlung mit LED-
UV-Licht für 4 s, nachdem die Filmmaske eng an dem Sandpapier anlag, wobei die
Wellenlänge des LED-UV-Lichts 360 nm und die Leistung 41 Mw/cm? beträgt. Nach dem
Belichten bildet das lichthärtende Harz im belichteten Bereich eine enge Verbindung mit den Metalnanodrähten und der Kunststoffmaske, während das lichthärtende Harz im unbelichteten Bereich in einem flüssigen Zustand auf der Sandpapieroberfläche verbleibt. (3) Entfernen der Maske und Legen des Sandpapiers als Ganzes in Ethanol, um das nicht ausgehärtete lichthärtende Harz zu reinigen, wobei die Oberfläche des Metallnanodrahtfilms auf dem Sandpapier, der keine enge Verbindung mit dem lichthärtenden Harz gebildet hat, sauber bleibt. (4) Einweichen des Sandpapiers als Ganzes für 10 min in einer Ethanollösung, wobei die enge Verbindung im belichteten Bereich sich vom Substrat mit Oberflächenmikrostruktur ablöst, d.h. nach Einweichen in Ethanol für 10 min nimmt das ausgehärtete Harz das Ethanol auf und quillt auf und löst sich von dem Substrat ab, während die Metallnanodrähte auf dem
Sandpapier, mit denen es fest verbunden ist, mitgenommen werden. Nach dem Einweichen und Reinigen mit Wasser wird das Metallnanodrahtmuster auf dem Sandpapier dargestellt. (5) Beschichten des gemusterten Metallnanodrahtfilms auf dem Sandpapier mit
Polydimethylsiloxan und Abziehen nach dem Aushärten zu einem Film, so dass das
Metallnanodrahtmuster vom Sandpapier auf den Polydimethylsiloxanfilm übertragen wird, um ein flexibles leitendes Material mit Metallischen Nanodrahtmustern zu erhalten.
Ausführungsbeispiel 6
Das vorliegende Ausführungsbeispiel stellt ein flexibles leitendes Material mit Metallischen
Nanodrahtmustern zur Verfügung, dessen Ablaufdiagramm wie in Figur 3 dargestellt, umfassend insbesondere die folgenden Schritte: (1) Auftragen einer Metallnanodraht-Dispersion auf die Oberfläche eines Sandpapiers und
Erhitzen und Trocknen bei 70°C, um einen Metallnanodrahtfilm zu bilden.
(2) Beschichten des Metallnanodrahtfilms mit einem lichthärtenden Harz (Acrylatsystem),
Bedecken mit einer Filmmaske mit einer hydrophoben Oberfläche, Auspressen des überschüssigen flüssigen Harzes, anschließendes Aushärten durch die Bestrahlung mit LED-
UV-Licht für 4 s, nachdem die Filmmaske eng an dem Sandpapier anlag, wobei die
Wellenlänge des LED-UV-Lichts 360 nm und die Leistung 41 Mw/cm? beträgt. Nach dem
Belichten bildet das lichthärtende Harz im belichteten Bereich eine enge Verbindung mit den Metalnanodrähten und der Kunststoffmaske, während das lichthärtende Harz im unbelichteten Bereich in einem flüssigen Zustand auf der Sandpapieroberfläche verbleibt. (3) Entfernen der Kunststoffmaske, der ausgehärtete Teil des Harzes wird zusammen mit den Metalnanodrähten vom Sandpapier entfernt, und das Metallnanodrahtmuster wird dann direkt auf dem Sandpapier dargestellt. (4) erneutes Auftragen des lichthärtenden Harzes auf den gemusterten Metalnanofilm auf dem Sandpapier und Aushärten durch die Bestrahlung mit LED-UV-Licht für 4 s, wobei die
Wellenlänge des LED-UV-Lichts 365 nm und die Leistung 41 Mw/cm? beträgt. Abziehen der Schicht aus lichthärtendem Harz nach dem Aushärten zu einem Film, so dass das
Metallnanodrahtmuster vom Sandpapier auf das lichthärtenden Harzsubstrat übertragen wird, wie in Figur 4 dargestellt, um ein flexibles leitendes Material mit Metallischen
Nanodrahtmustern zu erhalten.
Die Leistungsparameter der in den Ausführungsbeispielen 1 bis 6 der vorliegenden
Anmeldung hergestellten Metalnanomuster auf Sandpapier sind wie folgt:
Die Linienbreite wird durch die optische Kalibrierung bestimmt; die elektrische Leitfähigkeit wird durch ein Multimeter oder ein Quellenmessgerät bestimmt; der Biegeradius wird durch Anbringen der Probe auf einer Biegefläche mit einem bestimmten Krümmungsradius und gleichzeitiges Messen des Widerstandswertes bestimmt; die Dehnungseigenschaften werden bestimmt, indem zwei Enden der Probe auf einer dehnbaren Halterung befestigt werden, die Position der beiden Enden der Halterung einstellt wird, um die Probe zu dehnen, und gleichzeitig der Widerstand der gedehnten Probe gemessen wird.
Die Ergebnisse sind wie folgt:
Tabelle 1: Leistungsparameter der in den Ausführungsbeispielen 1 bis 6 hergestellten
Metalnanomuster sbeispiel Leitfähigkeit chaften (%) (Q) sbeispiel 1 sbeispiel 2 sbeispiel 3 sbeispiel 4 sbeispiel 5 sbeispiel 6
Aus Tabelle 1 ist es ersichtlich, dass bei dem Verfahren zur Herstellung von metallischen
Nanodrahtmustern auf einem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur die minimale
Linienbreite des Musters 20 um und der Widerstand der gemusterten leitenden dünnen Films 2-100 Ohm beträgt, wobei der genaue Wert des Widerstands vom gewählten Material, der
Dicke des abgeschiedenen Materials und dem Design der Struktur abhängt. Der leitende dünne Film weist im gedehnten Zustand mit der doppelten Ausgangslänge (d.h. 50%
Dehnungseigenschaft) eine 500%ige Widerstandsänderung gegenüber dem ursprünglichen
Widerstandswert auf und kann in Dehnungssensoren usw. eingesetzt werden.
Es sollte drauf hingewiesen werden, dass der vorstehende Inhalt nur bevorzugte
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung darstellt und nicht dazu dient, den
Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu beschränken. Alle unter Gedanken und
Grundsätzen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Änderungen, äquivalenten
Ersetzungen und Verbesserungen sollten als vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung gedeckt angesehen werden.
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung von metallischen Nanodrahtmustern auf einem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: Auftragen einer Metallnanodraht-Dispersion auf die Oberfläche eines Substrat mit Oberflächenmikrostrukturs und Bilden eines Metallnanodrahtfilms nach dem Trocknen; Beschichten des Metallnanodrahtfilms mit einem lichthärtenden Harz und Belichten desselben unter Verwendung einer Maske, wobei das lichthärtende Harz, das sich in dem belichteten Bereich befindet, eine enge Verbindung mit den Metalnanodrähten bildet; Entfernen der Maske, so dass sich die enge Verbindung in dem belichteten Bereich von dem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur ablöst, um ein Substrat mit Oberflächenmikrostruktur mit Metallischen Nanodrahtmustern zu erhalten.
2. Verfahren zur Herstellung von metallischen Nanodrahtmustern auf einem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske ein flexibles Kunststoffsubstrat ist, wobei die Maske eine hydrophobe Oberfläche oder eine hydrophile Oberfläche aufweist.
3. Verfahren zur Herstellung von metallischen Nanodrahtmustern auf einem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Maske eine hydrophobe Oberfläche aufweist, das Verfahren zum Ablösen der engen Verbindung von dem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur nach dem Entfernen der Maske umfasst: Einweichen des Substrat mit Oberflächenmikrostrukturs in einer Ethanollösung für 5-10 min.
4. Verfahren zur Herstellung von metallischen Nanodrahtmustern auf einem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Maske eine hydrophile Oberfläche aufweist, die enge Verbindung während des Prozesses des Entfernens der Maske zum Ablösen von dem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur gebracht wird.
5. Verfahren zur Herstellung von metallischen Nanodrahtmustern auf einem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach dem Entfernen der Maske weiterhin einen Schritt zum Waschen des lichthärtenden Harzes in dem unbelichteten Bereich mit einer Ethanollösung umfasst.
6. Verfahren zur Herstellung von metallischen Nanodrahtmustern auf einem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das lichthärtende Harz ein modifiziertes Harz eines Acrylatsystems und ein modifiziertes Harz eines Epoxidharzsystems umfasst.
7. Verfahren zur Herstellung von metallischen Nanodrahtmustern auf einem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Belichtungsprozess umfasst: Aushärten durch die Bestrahlung mit UV-Licht für 2-5 s, wobei die Wellenlänge des UV-Lichts 340-380 nm und die Leistung 39-45 Mw/cm? beträgt.
8. Verfahren zur Herstellung von metallischen Nanodrahtmustern auf einem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungstemperatur während der Bildung des Metallnanodrahtfilms 100-130°C beträgt.
9. Flexibles leitendes Material mit Metallischen Nanodrahtmustern, dadurch gekennzeichnet, dass es durch Auftragen eines elastischen Materials auf die Oberfläche des Substrat mit Oberflächenmikrostrukturs mit Metallischen Nanodrahtmustern und Durchführen eines Transferdruckprozesses erhalten wird, wobei das Substrat mit Oberflächenmikrostruktur mit Metallischen Nanodrahtmustern unter Verwendung eines Verfahrens zur Herstellung von Mustern nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt wird.
10. Anwendung eines flexiblen leitenden Materials nach Anspruch 9 im Bereich der dehnbaren Leiter, Sensoren und tragbaren elektronischen Geräte.
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