BE1030375B1 - METHOD FOR PRODUCING METALLIC NANOWIRE PATTERNS ON A SUBSTRATE WITH MICRO-NANO-SURFACE STRUCTURE, FLEXIBLE CONDUCTIVE MATERIAL AND USE THEREOF - 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.The present invention relates to the technical field of flexible electrodes and discloses a method for forming metallic nanowire patterns on a surface microstructured substrate, an elastic material for flexible electrodes and an application thereof. The pattern forming method includes: applying a metallic nanowire dispersion to the surface of a surface microstructured substrate and forming a metallic nanowire film after drying; coating the metallic nanowire film with a photocuring resin and exposing it using a mask; removing the mask so that the tight bond in the exposed area peels off from the surface microstructured substrate to obtain a surface microstructured substrate with metallic nanowire patterns. The method can realize the formation of fine metallic nanowire patterns on surface microstructured substrates such as sandpaper, and the method is simple, etch-free, inexpensive, green and environmentally friendly. The flexible conductive material produced by the transfer printing process can be used in the field of stretchable conductors, sensors and portable electronic devices and has broad application prospects.
Description
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON METALLISCHENPROCESS FOR THE PRODUCTION OF METALLIC
NANODRAHTMUSTERN AUF EINEM SUBSTRAT MIT MIKRO-NANO-NANOWIRE PATTERNS ON A SUBSTRATE WITH MICRO-NANO-
OBERFLÄCHENSTRUKTUR, FLEXIBLES LEITENDES MATERIAL UNDSURFACE STRUCTURE, FLEXIBLE CONDUCTIVE MATERIAL AND
DESSEN VERWENDUNGITS USE
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der flexiblen Elektroden, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Nanodrahtmustern auf einemThe present invention relates to the technical field of flexible electrodes, in particular to a method for producing metallic nanowire patterns on a
Substrat mit Oberflächenmikrostruktur, ein elastisches Material für flexible Elektroden und dessen Anwendung.Substrate with surface microstructure, an elastic material for flexible electrodes and its application.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Das Zeitalter des Internets der Dinge ist eine Welt, in der alles miteinander verbunden ist.The age of the Internet of Things is a world where everything is connected.
Tragbare elektronische Geräte, die flexibel, dünn, leicht und faltbar sind und sich demPortable electronic devices that are flexible, thin, lightweight and foldable and adapt to the
Körper anpassen, werden die Brücke sein, um Menschen und Dinge miteinander zu verbinden. Die Drähte und Elektroden, die Geräte miteinander verbinden, sind einebody will be the bridge to connect people and things. The wires and electrodes that connect devices are a
Schlüsselkomponente eines jeden elektronischen Geräts. Herkömmliche Formen vonKey component of any electronic device. Conventional forms of
Schaltkreisen und leitenden Materialien sind jedoch für flexible tragbare Anwendungen nicht geeignet. Mehrere neue Strategien für niedrigdimensionale Nanomaterialien, leitfähigecircuits and conductive materials are not suitable for flexible wearable applications. Several new strategies for low-dimensional nanomaterials, conductive
Polymere und leitfähige Filme (einschließlich Schlangen-, Wellen- und Out-of-Plane-Polymers and conductive films (including serpentine, wave and out-of-plane
Designs) wurden für die Herstellung flexibler elektronischer Produkte angewandt, um dieDesigns) have been applied to the manufacture of flexible electronic products to
Anforderungen an flexible, biegsame und dehnbare elektronische Produkte für tragbareRequirements for flexible, bendable and stretchable electronic products for wearable
Elektronik zu erfüllen. Im Vergleich zu anderen Kandidaten-Materialien geltenElectronics. Compared to other candidate materials,
Metallnanodrähte aufgrund der hervorragenden elektrischen und thermischen Leitfähigkeit, der hohen mechanischen Festigkeit, der Flexibilität und der Biokompatibilität als vielversprechender flexibler elektronischer Baustein.Metal nanowires are promising flexible electronic components due to their excellent electrical and thermal conductivity, high mechanical strength, flexibility and biocompatibility.
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. DieThe fabrication of metallic nanowire patterns is an essential process to achieve electrical layouts, such as transparent conductive patterns on touch panels and serpentine patterns to improve the stretchability of flexible electrodes.
Industrie und Wissenschaft haben eine Vielzahl von Methoden entwickelt, umIndustry and science have developed a variety of methods to
Metallnanodraht-Netzwerkmuster herzustellen, einschließlich = Photolithographie,to produce metal nanowire network patterns, including = photolithography,
Laserablation, Druck, Vakuumfiltration, Modulation der Grenzflächenhaftung undLaser ablation, printing, vacuum filtration, interfacial adhesion modulation and
Benetzungs-Entfeuchtungs-Montagetechniken.Wetting-dehumidifying assembly techniques.
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 imRough conductive films with surface microstructures are ideal for flexible wearable devices such as stretchable conductors, pressure sensors, supercapacitors, frictional electrical nanoregenerators, displays, and strain sensors.
Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung von metallischenState of the art processes for the production of metallic
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 unterHowever, nanowire patterns are usually performed on flat and smooth surfaces, and no studies have been conducted on a method for fabricating metallic nanowire patterns on substrate with surface microstructures under
Verwendung des bekannten Verfahrens zur Herstellung von Mustern berichtet.Use of the known method for producing patterns is reported.
INHALT DER VORLIEGENDEN ERFINDUNGCONTENT OF THE PRESENT INVENTION
Ein erster Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Nanodrahtmustern auf einem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur zurA first purpose of the present invention is to provide a method for producing metallic nanowire patterns on a substrate with surface microstructure for
Verfügung zu stellen, das die Bildung von feinen Metallischen Nanodrahtmustern aufto provide a method for the formation of fine metallic nanowire patterns on
Substrat mit Oberflächenmikrostrukturen wie Sandpapier realisieren kann, wobei dasSubstrate with surface microstructures such as sandpaper, whereby the
Verfahren einfach, ätzfrei, kostengünstig, grün und umweltfreundlich ist.Process is simple, etch-free, cost-effective, green and environmentally friendly.
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 obigenA second purpose of the present invention is to provide a flexible conductive material with metallic nanowire patterns and an application thereof, wherein the flexible conductive material is produced by using the above
Verfahren erhaltenen Substrate mit Oberflächenmikrostruktur mit MetallischenProcess obtained substrates with surface microstructure with metallic
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.Nanowire patterns can be treated by a transfer printing process, which is conducive to realizing wearable applications of electronic skin and the fabrication of various sensors, and has broad application prospects.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgende technische Lösung realisiert: ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Nanodrahtmustern auf einem Substrat mitThe present invention is realized by the following technical solution: a method for producing metallic nanowire patterns on a substrate with
Oberflächenmikrostruktur, umfassend:Surface microstructure, comprising:
Auftragen einer Metallnanodraht-Dispersion auf die Oberfläche eines Substrats mitApplying a metal nanowire dispersion to the surface of a substrate with
Oberflächenmikrostruktur und Bilden eines Metallnanodrahtfilms nach dem Trocknen;Surface microstructure and formation of a metal nanowire film after drying;
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;Coating the metal nanowire film with a photocuring resin and exposing it using a mask, wherein the photocuring resin located in the exposed area forms a tight bond with the metal nanowires;
Entfernen der Maske, so dass sich die enge Verbindung in dem belichteten Bereich von demRemove the mask so that the tight connection in the exposed area is separated from the
Substrat mit Oberflächenmikrostruktur ablöst, um ein Substrat mitSubstrate with surface microstructure is removed to form a substrate with
Oberflächenmikrostruktur mit Metallischen Nanodrahtmustern zu erhalten.Surface microstructure with metallic nanowire patterns.
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 a preferred embodiment of the present invention, the above mask is a flexible plastic substrate, wherein the mask has a hydrophobic surface or a hydrophilic surface.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wenn die obigeIn a preferred embodiment of the present invention, when the above
Maske eine hydrophobe Oberfläche aufweist, umfasst das Verfahren zum Ablösen der engenMask has a hydrophobic surface, the method for removing the tight
Verbindung von dem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur nach dem Entfernen derConnection of the substrate with surface microstructure after removal of the
Maske: Einweichen des Substrats mit Oberflächenmikrostruktur in einer Ethanollösung für 5-10 min.Mask: Soaking the substrate with surface microstructure in an ethanol solution for 5-10 min.
Ferner wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wenn die obige Maske eine hydrophile Oberfläche aufweist, die enge Verbindung während desFurthermore, in a preferred embodiment of the present invention, when the above mask has a hydrophilic surface, the tight connection during
Prozesses des Entfernens der Maske zum Ablösen von dem Substrat mitProcess of removing the mask for detachment from the substrate with
Oberflächenmikrostruktur gebracht.surface microstructure.
Ferner umfasst in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dasFurthermore, in a preferred embodiment of the present invention, the
Verfahren nach dem Entfernen der Maske weiterhin einen Schritt zum Waschen des lichthärtenden Harzes in dem unbelichteten Bereich mit einer Ethanollösung.After removing the mask, the method further comprises a step of washing the light-curing resin in the unexposed area with an ethanol solution.
Ferner umfasst in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das obige lichthärtende Harz ein modifiziertes Harz eines Acrylatsystems und ein modifiziertesFurthermore, in a preferred embodiment of the present invention, the above light-curing resin comprises a modified resin of an acrylate system and a modified
Harz eines Epoxidharzsystems.Resin of an epoxy resin system.
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.Furthermore, in a preferred embodiment of the present invention, the above exposure process comprises: curing by irradiation with UV light for 2-5 s, wherein the wavelength of the UV light is 340-380 nm and the power is 39-45 Mw/cm?.
Ferner beträgt in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dieFurthermore, in a preferred embodiment of the present invention, the
Trocknungstemperatur während der Bildung des Metallnanodrahtfilms 100-130°C.Drying temperature during the formation of the metal nanowire film 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 MetallischenA flexible conductive material with metallic nanowire patterns obtained by applying an elastic material to the surface of the substrate with surface microstructure with metallic nanowire patterns and performing a transfer printing process, wherein the substrate with surface microstructure with metallic
Nanodrahtmustern unter Verwendung des obigen Verfahrens zur Herstellung von Mustern hergestellt wird.Nanowire patterns using the above pattern fabrication method.
Eine Anwendung des obigen flexiblen leitenden Materials im Bereich der dehnbaren Leiter,An application of the above flexible conductive material in the field of stretchable conductors,
Sensoren und tragbaren elektronischen Geräte.sensors and portable electronic devices.
Im Vergleich zum Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung zumindest folgende technische Effekte:Compared to the prior art, the present invention has at least the following technical effects:
Das Verfahren zur Herstellung von metallischen Nanodrahtmustern auf einem Substrat mitThe process for producing metallic nanowire patterns on a substrate with
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 kurzenSurface microstructure provided by the present application uses a substrate having surface microstructure, such as sandpaper, leaves, etc., on which a metal nanowire film is formed, since the light-curing resin at a short
Belichtungszeit keine gute Haftung auf dem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur erreichen kann, ist es einfach, das Substrat mit Oberflächenmikrostruktur mit Hilfe einigerExposure time cannot achieve good adhesion to the substrate with surface microstructure, it is easy to bond the substrate with surface microstructure with the help of some
Methoden, wie z.B. Einweichen in Ethanol, Abreißen der hydrophilen Maske usw., vollständig abzulösen und die Metalnanodrähte, die auf dem Substrat mitMethods such as soaking in ethanol, tearing off the hydrophilic mask, etc., and the metal nanowires deposited on the substrate with
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 gebildetesurface microstructure forming a tight bond with the light-curing resin, while a remaining part of the metal nanowires continues to adhere to the substrate with surface microstructure to form a SS. The formed
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.Metal nanowire pattern can be transferred to other materials using a transfer printing process to obtain a flexible conductive material with metallic nanowire patterns for further applications in the field of stretchable conductors, sensors and wearable electronic devices.
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 dieThe method for producing patterns provided in the present application avoids the use of conventional methods such as photolithography and laser etching, which are often characterized by expensive equipment, complex processes and high costs and are not environmentally friendly. The present application enables for the first time the
Herstellung von metallischen Nanodrahtmustern auf Substrat mitFabrication of metallic nanowire patterns on substrate with
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 gemustertensurface microstructures, which will facilitate the further commercialization of electronic devices with rough metallic nanowire patterns. Such flexible electrodes or electronic interconnects with metallic nanowire patterns facilitate their 5 stress dispersion in large strain states. The patterned
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.Metal nanowires can be transferred to other wearable substrates using elastic resins, on which a patterned conductive thin film often cannot be formed under the conditions of conventional methods.
Das in der vorliegenden Anmeldung bereitgestellte Verfahren zur Herstellung von Mustern hat die technischen Vorteile der Einfachheit, des geringen Energieverbrauchs, derThe method for producing patterns provided in the present application has the technical advantages of simplicity, low energy consumption,
Zeiteffizienz, des fehlenden Ätzens und der wenigen Schritte. Die Vorteile der einfachenTime efficiency, lack of etching and few steps. The advantages of the simple
Technologie und der wenigen Schritte tragen dazu bei, die Fehlerhäufigkeit in mehrstufigenTechnology and the few steps help to reduce the error rate in multi-stage
Prozessen zu verringern, die Produktausbeute zu verbessern und die Kosten zu senken; dieprocesses, improve product yield and reduce costs;
Vorteile des geringen Energieverbrauchs und des Fehlens von Ätzvorgängen vermeiden dieAdvantages of low energy consumption and the absence of etching processes avoid the
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 geringenflammability and explosion and the dangers of toxic substances caused by the chemical etching step in conventional photolithography processes, and achieve the goals of economic efficiency, environmental protection and low
Kohlenstoffausstoßes.carbon emissions.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Figur 1 zeigt ein Ablaufdiagramm in einem ersten Ausführungsbeispiel.Figure 1 shows a flow chart in a first embodiment.
Figur 2 zeigt ein auf einem Sandpapier hergestelltes Metallnanodrahtmuster in einem zweiten Ausführungsbeispiel.Figure 2 shows a metal nanowire pattern produced on a sandpaper in a second embodiment.
Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines flexibles leitendes Material mit MetallischenFigure 3 shows a flow diagram of a flexible conductive material with metallic
Nanodrahtmustern , das in einem fünften Ausführungsbeispiel bereitgestellt wird.Nanowire patterns provided in a fifth embodiment.
Figur 4 zeigt ein schematisches Diagramm eines Metallnanodrahtmusters nach demFigure 4 shows a schematic diagram of a metal nanowire pattern after
Transferduck, das in einem fünften Ausführungsbeispiel bereitgestellt wird.Transferduck provided in a fifth embodiment.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend imThe embodiments of the present invention are described below in
Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei der Fachmann auf diesem Gebiet jedoch verstehen kann, dass die folgenden Ausführungsbeispiele nur zurIn connection with the embodiments, however, the person skilled in the art can understand that the following embodiments are only for
Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung dienen und nicht als Einschränkung desserve to illustrate the present invention and not as a limitation of the
Umfangs der vorliegenden Erfindung angesehen werden sollten, die in denscope of the present invention, which are set out in the
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.specific conditions not indicated in the embodiments are carried out according to conventional conditions or those recommended by the manufacturer, and the reagents or equipment used for which the manufacturer is not indicated are conventional products that are commercially available.
Die vorliegende Erfindung verwendet die folgende technische Lösung: ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Nanodrahtmustern auf einem Substrat mitThe present invention uses the following technical solution: a method for producing metallic nanowire patterns on a substrate with
Oberflächenmikrostruktur, umfassend die folgenden Schritte:Surface microstructure comprising the following steps:
Schritt S1: Auftragen einer Metallnanodraht-Dispersion auf die Oberfläche eines Substrat mit Oberflächenmikrostrukturs und Bilden eines Metallnanodrahtfilms nach dem Trocknen.Step S1: Applying a metal nanowire dispersion to the surface of a substrate with surface microstructure and forming a metal nanowire film after drying.
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. DieIn the present embodiment, the substrate having surface microstructure may be a man-made product such as sandpaper, etc.; it may also be an object having a rough surface in nature such as plant leaves, salt particles, etc. The
Mikrostruktur der menschlichen Epidermis ähnelt der von Sandpapier. Als größtes Organ des menschlichen Körpers spielt die Haut eine wichtige Rolle beim Schutz desMicrostructure of the human epidermis resembles that of sandpaper. As the largest organ of the human body, the skin plays an important role in protecting the
Körpergewebes und bei der Aufnahme von Informationen über äußere Reize, und die tragbare Elektronik entwickelt sich in Richtung einer elektronischen Haut, die eine ähnlichebody tissue and in the recording of information about external stimuli, and wearable electronics are developing towards an electronic skin that has a similar
Funktion wie die menschliche Haut hat. Daher trägt dieses Verfahren zur Bildung vonfunction as human skin. Therefore, this process contributes to the formation of
Metallischen Nanodrahtmustern auf dem Sandpapier zur Entwicklung tragbarer elektronischer Häute bei.Metallic nanowire patterns on the sandpaper contributed to the development of wearable electronic skins.
Außerdem beträgt die Trocknungstemperatur während der Bildung desIn addition, the drying temperature during the formation of the
Metallnanodrahtfilms 100-130°C, bevorzugt 105-125°C, noch bevorzugter 110-120°C. Diemetal nanowire film 100-130°C, preferably 105-125°C, more preferably 110-120°C. The
Erfinder haben herausgefunden, dass bei einer Trocknungstemperatur von 100-130°C dieInventors have discovered that at a drying temperature of 100-130°C the
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.Metal nanowires are better connected to each other and adhere to the substrate to prevent the metal nanowires in the unexposed areas from detaching from the substrate in the subsequent process; below this temperature range, the metal nanowires are not ideally patterned and above this temperature range, the metal nanowires tend to melt and oxidize.
Ferner umfasst der obige Beschichtungsprozess die Tropfenbeschichtung, dieFurthermore, the above coating process includes drop coating, which
Schlitzbeschichtung, die Mayer-Stab-Beschichtung, die Schleuderbeschichtung und dieSlot coating, Mayer rod coating, spin coating and
Tintenstrahlbeschichtung. Die Tropfenbeschichtung wird bevorzugt.Inkjet coating. Drop coating is preferred.
Schritt S2: Beschichten des Metallnanodrahtfilms mit einem lichthärtenden Harz undStep S2: Coating the metal nanowire film with a light-curing resin and
Belichten desselben unter Verwendung einer Maske, wobei das lichthärtende Harz, das sich in dem belichteten Bereich befindet, eine enge Verbindung mit den Metalnanodrähten bildet.Exposing the same using a mask, wherein the light-curing resin located in the exposed area forms a tight bond with the metal nanowires.
Das lichthärtende Harz in der vorliegenden Anmeldung, das auch als lichtempfindlichesThe light-curing resin in the present application, which is also known as a light-sensitive
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.Resin is an oligomer that undergoes rapid physical and chemical changes in a relatively short time when exposed to light and can therefore crosslink and harden. A light-curing resin is a light-sensitive resin with a low molecular weight and has reactive groups that can be light-cured, such as unsaturated double bonds or epoxy groups. The light-curing resin preferably comprises a modified resin of an acrylate system and a modified resin of an epoxy resin system. The modified resin of the acrylate system has the combined advantages of a variety of resins.
Der Prozess zur Verwendung einer Masken-Bedeckung für die Belichtung umfasst:The process of using a mask cover for exposure includes:
Bedecken des lichthärtenden Harzes mit der Maske und Herausdrücken des überschüssigen flüssigen lichthärtenden Harzes, so dass die Maske eng an dem Substrat mitCover the light-curing resin with the mask and squeeze out the excess liquid light-curing resin so that the mask fits tightly to the substrate with
Oberflächenmikrostruktur anliegt.surface microstructure.
Ferner ist die Maske ein flexibles Kunststoffsubstrat, wobei die Maske eine hydrophobeFurthermore, the mask is a flexible plastic substrate, whereby the mask has a hydrophobic
Oberfläche oder eine hydrophile Oberfläche aufweist. Bevorzugt ist die Maske einesurface or a hydrophilic surface. Preferably, the mask is a
Kunststofflichtschirm mit einer hydrophoben Oberfläche und eine Kunststofffolie mit einer hydrophilen Oberfläche.Plastic light shade with a hydrophobic surface and a plastic film with a hydrophilic surface.
Ferner umfasst der obige Belichtungsprozess: Aushärten durch die Bestrahlung mit UV-Furthermore, the above exposure process includes: curing by irradiation with 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 mitLight for 2-5 s (preferably 3 or 4 s), the wavelength of the UV light being 340-380 nm and the power 39-45 Mw/cm®. Preferably the wavelength of the UV light is 360-370 nm and the power 40-45 Mw/cm?. The inventors have found that the light-curing resin does not adhere well to the substrate with a short exposure time.
Oberflächenmikrostruktur erreichen kann, was förderlich für ein anschlieBendes Ablösen durch Einweichen in Ethanol, um gemusterte Metallnanodrähte auf dem Substrat mitsurface microstructure, which is conducive to subsequent stripping by soaking in ethanol to form patterned metal nanowires on the substrate with
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.With an irradiation time of more than 5 s, the light-curing resin adheres well to the substrate with surface microstructure and is less likely to peel off, while with an irradiation time of less than 2 s, the resin is difficult to cure. Controlling the wavelength and power of the UV light helps to reproduce the pattern defined by the mask with high accuracy.
Schritt S3: Entfernen der Maske, so dass sich die enge Verbindung in dem belichtetenStep S3: Remove the mask so that the tight connection is visible in the exposed
Bereich von dem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur ablöst, um ein Substrat mitarea from the substrate with surface microstructure to form a substrate with
Oberflächenmikrostruktur mit Metallischen Nanodrahtmustern zu erhalten.Surface microstructure with metallic nanowire patterns.
Ferner umfasst das Ablösen der engen Verbindung in dem belichteten Bereich von demFurthermore, the detachment of the tight connection in the exposed area from the
Substrat mit Oberflächenmikrostruktur die folgenden zwei Implementierungen:Substrate with surface microstructure the following two implementations:
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 mitImplementation 1: if the mask is a thin film with a hydrophobic surface (e.g. a film mask), the thin film does not adhere to the photocuring resin during the exposure process. The methods for detaching the tight bond from the substrate with
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 mitSurface microstructure after removing the mask is that the substrate with surface microstructure is soaked in an ethanol solution for 5-10 min, because the light-curing resin does not adhere well to the substrate with a short exposure time.
Oberflächenmikrostruktur erreichen kann, wird es während des Tauchvorgangs in Ethanol aufquellen und sich vom Substrat mit Oberflächenmikrostruktur ablösen und diesurface microstructure, it will swell during the dipping process in ethanol and detach from the substrate with surface microstructure and the
Metallnanodrähte auf dem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur, die eine enge Verbindung mit dem lichthärtenden Harz bilden, mitnehmen, während der verbleibende Teil derMetal nanowires on the substrate with surface microstructure, which form a tight bond with the light-curing resin, while the remaining part of the
Metallnanodrähte weiterhin an dem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur haftet, so kann durch die Gestaltung des Musters des Blendeschutzabschnitts auf der Maske einMetal nanowires continue to adhere to the substrate with surface microstructure, by designing the pattern of the glare protection section on the mask, a
Metallnanodrahtmuster mit einem entsprechenden Muster auf dem Substrat mitMetal nanowire pattern with a corresponding pattern on the substrate with
Oberflächenmikrostruktur gebildet werden.surface microstructure can be formed.
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 dieImplementation 2: if the mask is a thin film with a hydrophilic surface, during the exposure process, the film adheres to the photocuring resin cured in the exposed area, and during removal of the mask, the mask drives the photocuring resin cured in the exposed area and the
Metallnanodrähte zusammen vom Sandpapier ab, während der verbleibende Teil derMetal nanowires together from the sandpaper, while the remaining part of the
Metallnanodrähte weiterhin an dem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur haftet, um dasMetal nanowires continue to adhere to the substrate with surface microstructure to
Metallnanodrahtmuster zu bilden.to form metal nanowire patterns.
Bevorzugt umfasst das Waschen des lichthärtenden Harzes im unbelichteten Bereich dasPreferably, washing the light-curing resin in the unexposed area comprises
Waschen des überschüssigen lichthärtenden Harzes, indem das Substrat mitWashing the excess light-curing resin by rinsing the substrate with
Oberflächenmikrostruktur als Ganzes in Ethanol gelegt wird, wodurch die Auswirkung auf das Metallnanodrahtmuster bei nachfolgenden Anwendungen beseitigt wird.surface microstructure as a whole is placed in ethanol, eliminating the impact on the metal nanowire pattern in subsequent applications.
Bei dem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur mit Metallnanodrahtmustern, das durch das obige Verfahren der vorliegenden Anmeldung erhalten wurde, kann das gebildeteIn the substrate having surface microstructure with metal nanowire patterns obtained by the above method of the present application, the formed
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 mitMetal nanowire patterns can be transferred to other materials using a transfer printing process to obtain a flexible conductive material with metallic nanowire patterns. In particular, the surface of the patterned substrate is coated with
Oberflächenmikrostrukturs dann mit einem anderen elastischen Material beschichtet, und nach dem Aushärten und Entfernen des elastischen Materials haften die gemustertenSurface microstructure is then coated with another elastic material, and after curing and removal of the elastic material, the patterned
Metallnanodrähte an der unteren Oberfläche des elastischen Materials, um ein flexibles leitendes Material mit Metallischen Nanodrahtmustern zu erhalten. Das elastischeMetal nanowires on the bottom surface of the elastic material to obtain a flexible conductive material with metallic nanowire patterns. The elastic
Material kann ein lichthärtendes Harz, ein Polydimethylsiloxan, Polyurethan oderMaterial can be a light-curing resin, a polydimethylsiloxane, polyurethane or
Epoxidharz sein.Epoxy resin.
Dieses flexible leitende Material mit Metallischen Nanodrahtmustern wird weiterhin imThis flexible conductive material with metallic nanowire patterns will continue to be used in
Bereich flexibler tragbarer Geräte wie dehnbarer Leiter, Drucksensoren,Area of flexible wearable devices such as stretchable conductors, pressure sensors,
Superkondensatoren, elektrischer Nanoregeneratoren durch Reibung, Sensoren undSupercapacitors, electrical nanoregenerators through friction, sensors and
Dehnungssensoren usw. weiter verwendet und weist eine hervorragende Leistung auf.strain sensors, etc. and has excellent performance.
Im Folgenden werden die ausführlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es versteht sich, dass die hier geschilderten ausführlichenIn the following, the detailed embodiments of the present invention are explained in more detail. It is to be understood that the detailed embodiments described here
Ausführungsformen nur zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung dienen, statt die vorliegende Erfindung zu beschränken.Embodiments are intended to illustrate the present invention only, rather than to limit the present invention.
Ausführungsbeispiel 1Example 1
Das vorliegende Ausführungsbeispiel stellt ein Verfahren zur Herstellung von metallischenThe present embodiment represents a method for producing metallic
Nanodrahtmustern auf einem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur zur Verfügung, dessenNanowire patterns on a substrate with surface microstructure, the
Ablaufdiagramm wie in Figur 1 dargestellt, und wobei es insbesondere die folgendenFlowchart as shown in Figure 1, and in particular the following
Schritte umfasst:Steps include:
(1) Auftragen einer Metallnanodraht-Dispersion auf die Oberfläche eines Sandpapiers und(1) Applying a metal nanowire dispersion to the surface of a sandpaper and
Erhitzen und Trocknen bei 100°C, um einen Metallnanodrahtfilm zu bilden. (2) Beschichten des Metallnanodrahtfilms mit einem lichthärtenden Harz (Acrylatsystem),Heating and drying at 100°C to form a metal nanowire film. (2) Coating the metal nanowire film with a light-curing resin (acrylate system),
Bedecken mit einer Filmmaske mit einer hydrophoben Oberfläche, Auspressen des überschüssigen flüssigen Harzes, anschließendes Aushärten durch die Bestrahlung mit LED-Covering with a film mask with a hydrophobic surface, squeezing out the excess liquid resin, then curing by irradiation with LED
UV-Licht für 3 s, nachdem die Filmmaske eng an dem Sandpapier anlag, wobei dieUV light for 3 s after the film mask was placed tightly against the sandpaper, whereby the
Wellenlänge des LED-UV-Lichts 365 nm und die Leistung 42 Mw/cm? beträgt. Nach demWavelength of the LED UV light is 365 nm and the power is 42 Mw/cm?. After the
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 engeAfter exposure, the light-curing resin in the exposed area forms a close bond with the metal nanowire film, while the light-curing resin in the unexposed area remains in a liquid state on the sandpaper surface. (3) Removing the mask and placing the sandpaper as a whole in ethanol to clean the uncured light-curing resin, leaving the surface of the metal nanowire film on the sandpaper that has not formed a close bond with the light-curing resin clean. (4) Soaking the sandpaper as a whole in an ethanol solution for 8 min, keeping the close bond
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 demCompound in the exposed area detaches from the substrate with surface microstructure, i.e. after soaking in ethanol for 8 min, the cured resin absorbs the ethanol and swells and detaches from the substrate, while the metal nanowires on the
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.sandpaper with which it is firmly bonded. After soaking and cleaning with water, the metal nanowire pattern is displayed on the sandpaper as shown in Figure 2.
Ausführungsbeispiel 2Example 2
Das vorliegende Ausführungsbeispiel stellt ein Verfahren zur Herstellung von metallischenThe present embodiment represents a method for producing metallic
Nanodrahtmustern auf einem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur zur Verfügung, umfassend insbesondere die folgenden Schritte: (1) Auftragen einer Metallnanodraht-Dispersion auf die Oberfläche eines Sandpapiers undNanowire patterns on a substrate with surface microstructure, comprising in particular the following steps: (1) applying a metal nanowire dispersion to the surface of a sandpaper and
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,Heating and drying at 130°C to form a metal nanowire film. (2) Coating the metal nanowire film with a light-curing resin (epoxy resin system), covering with a film mask with a hydrophobic surface,
Auspressen des überschüssigen flüssigen Harzes, anschlieBendes Aushärten durch diePressing out the excess liquid resin, subsequent hardening by the
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 engeIrradiation with LED UV light for 5 s after the film mask is closely attached to the sandpaper, the wavelength of the LED UV light being 340 nm and the power 45 Mw/cm?. After exposure, the light-curing resin forms a tight
Verbindung mit dem Metallnanodrahtfilm, während das lichthärtende Harz im unbelichtetenconnection with the metal nanowire film, while the light-curing resin in the unexposed
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 engearea remains in a liquid state on the sandpaper surface. (3) Removing the mask and placing the sandpaper as a whole in ethanol to clean the uncured light-curing resin, leaving the surface of the metal nanowire film on the sandpaper that has not formed a tight bond with the light-curing resin clean. (4) Soaking the sandpaper as a whole in an ethanol solution for 5 min, leaving the tight
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 demCompound in the exposed area detaches from the substrate with surface microstructure, i.e. after soaking in ethanol for 5 min, the cured resin absorbs the ethanol and swells and detaches from the substrate, while the metal nanowires on the
Sandpapier, mit denen es fest verbunden ist, mitgenommen werden. Nach dem Einweichen und Reinigen mit Wasser wird das Metallnanodrahtmuster auf dem Sandpapier dargestellt.Sandpaper with which it is firmly bonded. After soaking and cleaning with water, the metal nanowire pattern is displayed on the sandpaper.
Ausführungsbeispiel 3Example 3
Das vorliegende Ausführungsbeispiel stellt ein Verfahren zur Herstellung von metallischenThe present embodiment represents a method for producing metallic
Nanodrahtmustern auf einem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur zur Verfügung, umfassend insbesondere die folgenden Schritte: (1) Auftragen einer Metallnanodraht-Dispersion auf die Oberfläche eines Sandpapiers undNanowire patterns on a substrate with surface microstructure, comprising in particular the following steps: (1) applying a metal nanowire dispersion to the surface of a sandpaper and
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,Heating and drying at 110°C to form a metal nanowire film. (2) Coating the metal nanowire film with a light-curing resin (epoxy resin system), covering with a film mask with a hydrophobic surface,
Auspressen des überschüssigen flüssigen Harzes, anschlieBendes Aushärten durch diePressing out the excess liquid resin, subsequent hardening by the
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 engeIrradiation with LED UV light for 5 s after the film mask is closely attached to the sandpaper, the wavelength of the LED UV light being 340 nm and the power 45 Mw/em?. After exposure, the light-curing resin forms a tight
Verbindung mit dem Metallnanodrahtfilm, während das lichthärtende Harz im unbelichtetenconnection with the metal nanowire film, while the light-curing resin in the unexposed
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 demarea remains in a liquid state on the sandpaper surface. (3) Removing the mask and placing the sandpaper as a whole in ethanol to clean the uncured photocuring resin, leaving the surface of the metal nanowire film on the sandpaper that has not formed a tight bond with the photocuring resin clean. (4) Soaking the sandpaper as a whole in an ethanol solution for 10 min, the tight bond in the exposed area peels off from the substrate with surface microstructure, i.e., after soaking in ethanol for 10 min, the cured resin absorbs the ethanol and swells and peels off from the substrate, while the metal nanowires on the
Sandpapier, mit denen es fest verbunden ist, mitgenommen werden. Nach dem Einweichen und Reinigen mit Wasser wird das Metallnanodrahtmuster auf dem Sandpapier dargestellt.Sandpaper with which it is firmly bonded. After soaking and cleaning with water, the metal nanowire pattern is displayed on the sandpaper.
Ausführungsbeispiel 4Example 4
Das vorliegende Ausführungsbeispiel stellt ein Verfahren zur Herstellung von metallischenThe present embodiment represents a method for producing metallic
Nanodrahtmustern auf einem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur zur Verfügung, umfassend die folgenden Schritte: (1) Auftragen einer Metallnanodraht-Dispersion auf die Oberfläche eines Sandpapiers undNanowire patterns on a substrate with surface microstructure, comprising the following steps: (1) applying a metal nanowire dispersion to the surface of a sandpaper and
Erhitzen und Trocknen bei 120°C, um einen Metallnanodrahtfilm zu bilden. (2) Beschichten des Metallnanodrahtfilms mit einem lichthärtenden Harz (Acrylatsystem),Heating and drying at 120°C to form a metal nanowire film. (2) Coating the metal nanowire film with a light-curing resin (acrylate system),
Bedecken mit einer Kunststoffmaske mit einer hydrophilen Oberfläche, Auspressen des überschüssigen flüssigen Harzes, anschließendes Aushärten durch die Bestrahlung mit LED-Covering with a plastic mask with a hydrophilic surface, squeezing out the excess liquid resin, then curing by irradiation with LED
UV-Licht für 2 s, nachdem die Filmmaske eng an dem Sandpapier anlag, wobei dieUV light for 2 s after the film mask was placed tightly against the sandpaper, whereby the
Wellenlänge des LED-UV-Lichts 380 nm und die Leistung 39 Mw/cm? beträgt. Nach demWavelength of the LED UV light is 380 nm and the power is 39 Mw/cm?. After the
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.After exposure, the light-curing resin in the exposed area forms a close bond with the metal nanowires and the plastic mask, while the light-curing resin in the unexposed area mostly adheres to the bottom surface of the plastic mask and remains in a liquid state. (3) Removing the plastic mask, the cured part of the resin is removed from the sandpaper together with the metal nanowires, and the metal nanowire pattern is then directly displayed on the sandpaper.
Ausführungsbeispiel 5Example 5
Das vorliegende Ausführungsbeispiel stellt ein flexibles leitendes Material mit MetallischenThe present embodiment provides a flexible conductive material with metallic
Nanodrahtmustern zur Verfügung, umfassend insbesondere die folgenden Schritte:Nanowire patterns, comprising in particular the following steps:
(1) Auftragen einer Metallnanodraht-Dispersion auf die Oberfläche eines Sandpapiers und(1) Applying a metal nanowire dispersion to the surface of a sandpaper and
Erhitzen und Trocknen bei 70°C, um einen Metallnanodrahtfilm zu bilden. (2) Beschichten des Metallnanodrahtfilms mit einem lichthärtenden Harz (Acrylatsystem),Heating and drying at 70°C to form a metal nanowire film. (2) Coating the metal nanowire film with a light-curing resin (acrylate system),
Bedecken mit einer Filmmaske mit einer hydrophoben Oberfläche, Auspressen des überschüssigen flüssigen Harzes, anschließendes Aushärten durch die Bestrahlung mit LED-Covering with a film mask with a hydrophobic surface, squeezing out the excess liquid resin, then curing by irradiation with LED
UV-Licht für 4 s, nachdem die Filmmaske eng an dem Sandpapier anlag, wobei dieUV light for 4 s after the film mask was placed tightly against the sandpaper, whereby the
Wellenlänge des LED-UV-Lichts 360 nm und die Leistung 41 Mw/cm? beträgt. Nach demWavelength of the LED UV light is 360 nm and the power is 41 Mw/cm?. After the
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 demAfter exposure, the light-curing resin in the exposed area forms a tight bond with the metal nanowires and the plastic mask, while the light-curing resin in the unexposed area remains in a liquid state on the sandpaper surface. (3) Removing the mask and placing the sandpaper as a whole in ethanol to clean the uncured light-curing resin, leaving the surface of the metal nanowire film on the sandpaper that has not formed a tight bond with the light-curing resin clean. (4) Soaking the sandpaper as a whole in an ethanol solution for 10 min, the tight bond in the exposed area detaches from the substrate with surface microstructure, i.e., after soaking in ethanol for 10 min, the cured resin absorbs the ethanol and swells and detaches from the substrate, while the metal nanowires on the
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 mitsandpaper with which it is firmly bonded. After soaking and cleaning with water, the metal nanowire pattern is displayed on the sandpaper. (5) Coating the patterned metal nanowire film on the sandpaper with
Polydimethylsiloxan und Abziehen nach dem Aushärten zu einem Film, so dass dasPolydimethylsiloxane and peeling off after curing to a film so that the
Metallnanodrahtmuster vom Sandpapier auf den Polydimethylsiloxanfilm übertragen wird, um ein flexibles leitendes Material mit Metallischen Nanodrahtmustern zu erhalten.Metal nanowire pattern is transferred from the sandpaper to the polydimethylsiloxane film to obtain a flexible conductive material with metallic nanowire patterns.
Ausführungsbeispiel 6Example 6
Das vorliegende Ausführungsbeispiel stellt ein flexibles leitendes Material mit MetallischenThe present embodiment provides a flexible conductive material with metallic
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 undNanowire patterns, the flow chart of which is as shown in Figure 3, comprising in particular the following steps: (1) applying a metal nanowire dispersion to the surface of a sandpaper and
Erhitzen und Trocknen bei 70°C, um einen Metallnanodrahtfilm zu bilden.Heating and drying at 70°C to form a metal nanowire film.
(2) Beschichten des Metallnanodrahtfilms mit einem lichthärtenden Harz (Acrylatsystem),(2) Coating the metal nanowire film with a light-curing resin (acrylate system),
Bedecken mit einer Filmmaske mit einer hydrophoben Oberfläche, Auspressen des überschüssigen flüssigen Harzes, anschließendes Aushärten durch die Bestrahlung mit LED-Covering with a film mask with a hydrophobic surface, squeezing out the excess liquid resin, then curing by irradiation with LED
UV-Licht für 4 s, nachdem die Filmmaske eng an dem Sandpapier anlag, wobei dieUV light for 4 s after the film mask was placed tightly against the sandpaper, whereby the
Wellenlänge des LED-UV-Lichts 360 nm und die Leistung 41 Mw/cm? beträgt. Nach demWavelength of the LED UV light is 360 nm and the power is 41 Mw/cm?. After the
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 dieAfter exposure, the light-curing resin in the exposed area forms a close bond with the metal nanowires and the plastic mask, while the light-curing resin in the unexposed area remains in a liquid state on the sandpaper surface. (3) Removing the plastic mask, the cured part of the resin is removed from the sandpaper together with the metal nanowires, and the metal nanowire pattern is then directly displayed on the sandpaper. (4) Reapplying the light-curing resin to the patterned metal nanofilm on the sandpaper and curing it by irradiating with LED UV light for 4 s, whereby the
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 dasThe wavelength of the LED UV light is 365 nm and the power is 41 Mw/cm?. Peel off the layer of light-curing resin after curing to form a film so that the
Metallnanodrahtmuster vom Sandpapier auf das lichthärtenden Harzsubstrat übertragen wird, wie in Figur 4 dargestellt, um ein flexibles leitendes Material mit MetallischenMetal nanowire pattern is transferred from the sandpaper to the light-curing resin substrate, as shown in Figure 4, to form a flexible conductive material with metallic
Nanodrahtmustern zu erhalten.to obtain nanowire patterns.
Die Leistungsparameter der in den Ausführungsbeispielen 1 bis 6 der vorliegendenThe performance parameters of the embodiments 1 to 6 of the present
Anmeldung hergestellten Metalnanomuster auf Sandpapier sind wie folgt:The metal nanopatterns on sandpaper produced in the application are as follows:
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.The line width is determined by optical calibration; the electrical conductivity is determined by a multimeter or a source meter; the bending radius is determined by placing the sample on a bending surface with a certain radius of curvature and simultaneously measuring the resistance value; the strain characteristics are determined by fixing two ends of the sample on a stretchable fixture, adjusting the position of the two ends of the fixture to stretch the sample, and simultaneously measuring the resistance of the stretched sample.
Die Ergebnisse sind wie folgt:The results are as follows:
Tabelle 1: Leistungsparameter der in den Ausführungsbeispielen 1 bis 6 hergestelltenTable 1: Performance parameters of the components produced in Examples 1 to 6
Metalnanomuster sbeispiel Leitfähigkeit chaften (%) (Q) sbeispiel 1 sbeispiel 2 sbeispiel 3 sbeispiel 4 sbeispiel 5 sbeispiel 6Metal nanopatterns Example Conductivity (%) (Q) Example 1 Example 2 Example 3 Example 4 Example 5 Example 6
Aus Tabelle 1 ist es ersichtlich, dass bei dem Verfahren zur Herstellung von metallischenFrom Table 1 it can be seen that in the process for producing metallic
Nanodrahtmustern auf einem Substrat mit Oberflächenmikrostruktur die minimaleNanowire patterns on a substrate with surface microstructure the minimum
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, derLine width of the pattern is 20 um and the resistance of the patterned conductive thin film is 2-100 Ohm, where the exact value of the resistance depends on the selected material, the
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%thickness of the deposited material and the design of the structure. The conductive thin film in the stretched state with twice the initial length (i.e. 50%
Dehnungseigenschaft) eine 500%ige Widerstandsänderung gegenüber dem ursprünglichenstretching property) a 500% change in resistance compared to the original
Widerstandswert auf und kann in Dehnungssensoren usw. eingesetzt werden.resistance value and can be used in strain sensors, etc.
Es sollte drauf hingewiesen werden, dass der vorstehende Inhalt nur bevorzugteIt should be noted that the above content is only preferred
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung darstellt und nicht dazu dient, denembodiments of the present invention and is not intended to
Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu beschränken. Alle unter Gedanken undThe scope of the present invention is not limited. All ideas and
Grundsätzen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Änderungen, äquivalentenChanges made to the principles of the present invention, equivalent
Ersetzungen und Verbesserungen sollten als vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung gedeckt angesehen werden.Substitutions and improvements should be considered as being within the scope of the present invention.
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KR20190020527A (en) * | 2017-08-21 | 2019-03-04 | 금오공과대학교 산학협력단 | Manufacturing method of patterned flexible transparent electrode |
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