CN104409170B - 一种基于3d打印技术的透明导电材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于3D打印技术的透明导电材料的制备方法,其特征在于:1)建模;利用电脑建模软件设计条形透明导电电极的模型,将该模型的软件指令转化为3D打印的机械设备指令,从而控制3D打印头的移动路径、移动速度、液体喷出速度以及激光头的移动路径、移动速度及激光照射时间;2)打印条形透明导电电极。本发明制备的透明导电电极具有透光性和导电性好的优点,克服碳纳米管膜层和石墨烯膜层与基片附着性差的缺点,并且该方法可实现透明导电电极的厚度和宽度精密可控。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于3D打印技术的透明导电材料的制备方法,应用于透明导电材料的制备。
背景技术
目前最常用的透明导电电极材料是氧化铟锡(ITO)、氟掺杂的氧化锡(FTO)和铝掺杂的氧化锌(AZO),这些薄膜材料具有高载流子浓度和低电阻率,且可见光透射率达80% ~ 90%,已被广泛应用于平面显示、建筑和太阳光伏能源系统中等。随着光电器件转向微型化、轻便化、高集成和高灵敏度发展,ITO、FTO和AZO等在蓝光和近红外光区域内吸收系数大、成本高、易碎性、存在离子扩散以及稀有金属资源限制的缺点。碳纳米管和石墨烯是碳家族最重要的新成员,他们在很宽的波长范围内具有很高的透过率、超高的载流子迁移率,优异的力学性能和稳定性。因此,碳纳米管和石墨烯被认为有望成为理想的透明导电电极材料。
目前,制备碳纳米管膜层和石墨烯膜层的主要方法为溶液法和沉积法。溶液法主要包括旋涂成膜法、喷墨打印法以及浸渍提拉法等,尽管该方法具有工艺简单、成本低的优势,但是由于薄膜与基底的结合力差,导致薄膜容易脱落。沉积法主要包括化学气相沉积法、原子溅射沉积法和电化学沉积法,该方法制备的碳纳米管膜层和石墨烯膜层的结构均匀致密,与基片附着程度好,但是需要借助于复杂的设备,操作条件要求严格。无论哪种方法形成的碳纳米管膜层或者石墨烯的膜层要应用于光电器件上,都需要图形化,而目前碳纳米管和石墨烯膜层电极的图形化都采用等离子体干法刻蚀技术,设备昂贵、操作周期长,生产效率低,不利于工业生产的应用。
采用3D打印技术制备碳纳米管膜层和石墨烯膜层的透明导电电极,具有一次成型、物理附着性好、柔性可完曲、膜层的厚度及宽度精密可控的优点、透光率和导电性优异的特点。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于3D打印技术制备透明导电电极的方法,其具有一次成型、工艺步骤简单的优点,所制备电极具有导电性及透光性优异、物理附着性好的特点。
本发明的技术方案在于:
一种基于3D打印技术的透明导电材料的制备方法,其特征在于:
1)建模;利用电脑建模软件设计条形透明导电电极的模型,将该模型的软件指令转化为3D打印的机械设备指令,从而控制3D打印头的移动路径、移动速度、液体喷出速度以及激光头的移动路径、移动速度及激光照射时间;
2)打印条形透明导电电极,具体步骤如下:
步骤一:将玻璃基片放入3D打印机中,并在液腔中加入混合均匀的溶液;
步骤二:通过软件控制3D打印头的移动,并同时使液腔中混合均匀的溶液从3D 打印头以雾化形式喷出到玻璃基片上;
步骤三:用波长为325 nm、强度为30 mw的紫外光照射喷在玻璃基片上的混合均匀的溶液,使其迅速固化,形成条形透明导电电极,激光头的移动路径与3D打印头的移动路径相同。
其中,所述的条形透明导电电极的碳纳米管或者石墨烯膜层为1-4层,厚度为50-500 nm左右,对波长为550 nm的可见光的透射率为80%以上,表面电导率低于500 Ω/square。
所述的条形透明导电电极包括玻璃基片、多壁碳纳米管和光敏树脂。
所述的3D打印头为雾化型气动喷头,且为线性阵列式;所述的激光头同样为线性阵列式。
本发明的优点在于:
本发明制备的透明导电电极具有透光性和导电性好的优点,克服碳纳米管膜层和石墨烯膜层与基片附着性差的缺点,并且该方法可实现透明导电电极的厚度和宽度精密可控。
附图说明
图1为采用紫外曝光形式的3D打印技术制备条形透明导电电极的示意图。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂,下文特举实施例,结合附图作详细说明如下。
以下将通过具体实施例对本发明做进一步的详细描述。
参阅图1为采用紫外曝光形式的3D打印技术制备条形透明导电电极的示意图。
所述的条形透明导电电极包括11玻璃基片、12多壁碳纳米管和13光敏树脂。所述的3D打印技术所应用的装置包括21a液腔、22b3D打印头和22激光头。
所述的22b3D打印头为雾化型气动喷头,且为线性阵列式。所述的22激光头同样为线性阵列式。
首先配置用于紫外曝光形式的3D打印技术的溶液。将多壁碳纳米管加入到液态光敏树脂中,并优选十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂加入其中。对三者的混合溶液首先进行磁力搅拌处理,然后超声处理3h,制备得到混合均匀的溶液。
所述混合均匀的溶液其特征在于,碳纳米管或者石墨烯的浓度为10%-90%,碳纳米管与表面活性剂的质量比为1:0.005-1:100。
采用紫外曝光形式的3D打印技术制备条形透明导电电极的具体步骤如下:
1、建模
利用电脑建模软件设计条形透明导电电极的模型,将该模型的软件指令转化为3D打印的机械设备指令。从而控制22b3D打印头的移动路径、移动速度、液体喷出速度以及22激光头的移动路径、移动速度及激光照射时间等。
2、打印条形透明导电电极
步骤一:将11玻璃基片放入3D打印机中,并在21a液腔中加入混合均匀的溶液;
步骤二:通过软件控制22b3D打印头的移动,并同时使21a液腔中混合均匀的溶液从22b3D 打印头以雾化形式喷出到11玻璃基片上;
步骤三:用波长为325 nm、强度为30 mw的紫外光照射喷在11玻璃基片上的混合均匀的溶液,使其迅速固化,形成条形透明导电电极。22激光头的移动路径与22b3D打印头的移动路径相同。
所述的条形透明导电电极的碳纳米管或者石墨烯膜层为1-4层,厚度为50-500 nm左右,对波长为550 nm的可见光的透射率为80%以上,表面电导率低于500 Ω/square。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (3)
1. 一种基于3D打印技术的透明导电材料的制备方法,其特征在于:
1)建模;利用电脑建模软件设计条形透明导电电极的模型,将该模型的软件指令转化为3D打印的机械设备指令,从而控制3D打印头的移动路径、移动速度、液体喷出速度以及激光头的移动路径、移动速度及激光照射时间;
2)打印条形透明导电电极,具体步骤如下:
步骤一:将玻璃基片放入3D打印机中,并在液腔中加入混合均匀的溶液;
步骤二:通过软件控制3D打印头的移动,并同时使液腔中混合均匀的溶液从3D 打印头以雾化形式喷出到玻璃基片上;
步骤三:用波长为325 nm、强度为30 mw的紫外光照射喷在玻璃基片上的混合均匀的溶液,使其迅速固化,形成条形透明导电电极,激光头的移动路径与3D打印头的移动路径相同;
所述的条形透明导电电极的碳纳米管或者石墨烯膜层为1-4层,厚度为50-500 nm,对波长为550 nm的可见光的透射率为80%以上,表面电导率低于500 Ω/square。
2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的透明导电材料的制备方法,其特征在于:所述的条形透明导电电极包括玻璃基片、碳纳米管或者石墨烯和光敏树脂。
3.根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的透明导电材料的制备方法,其特征在于:所述的3D打印头为雾化型气动喷头,且为线性阵列式;所述的激光头同样为线性阵列式。
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