CN104409172A - 一种3d制造网格状导电阵列的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种网格状透明导电电极的制作方法，包括以下几个步骤：S1：利用计算机设计网格状导电阵列结构的三维数字模型；S2：利用软件沿模型的高度方向分割形成各截面的二维轮廓图；S3：根据二维轮廓图形成相应的扫描路径；S4：利用3D打印设备按照扫描路径打印第一导电层；S5：利用3D打印设备在已经成形所述第一导电层上按照扫描路径打印所述第二导电层；S6：重复步骤（S4）或（S5）或交替重复步骤（S4）和（S5），形成所述网格状导电阵列，S7：清理所述基板表面的导电材质。本发明采用3D制造网格状导电阵列，既解决了材料浪费，工序复杂，精确度低的问题，又克服了导电阵列结构单一的问题。
Description
技术领域
本发明涉及导电阵列的制作领域，尤其涉及一种3D制造网格状导电阵列的方法。
背景技术
透明导电阵列是一种具有低电阻、高透光性能的导电电极，近年来，尤其在平板显示器、太阳能电池、传感器、触摸屏等光电器件领域中得到了广泛应用。
现有导电阵列的制作方法多采用光刻法和印刷法，其中光刻法包括曝光、显影、刻蚀、清洗等多道工序，制作工艺繁琐，属于“减材制造”，不可避免的造成材料的浪费。印刷法虽克服了材料浪费的问题，但其制作的电极精确度不高，分辨率也较低。此外，近年来出现的网格状电极由于具有高导电性、可见光透光率高及稳定等性能，具有广泛的应用前景。中国专利专利号为CN101246911B虽然提出了一种网格状透明电极的制作方法，但其网格形状单一，要通过寻找不同形状的聚合物组装形成模板，不适应市场需求。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种3D制造网格状导电阵列的方法，结合了3D打印的优势，既解决了材料浪费，工序复杂，精确度低的问题，又克服了导电阵列结构单一的问题。
本发明的技术方案在于：
一种3D制造网格状导电阵列的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
S1：利用计算机设计所述网格状导电阵列结构的三维数字模型；
S2：利用软件沿模型的高度方向分割形成各截面的二维轮廓图；
S3：根据二维轮廓图形成相应的扫描路径；
S4：利用3D打印设备按照扫描路径在所述基板表面打印单层第一层导电层；重复打印若干次，形成所述第一导电层；
S5：利用3D打印设备在已经成形所述第一导电层上按照扫描路径打印第二层导电层，重复打印若干次，形成所述第二导电层；
S6：重复步骤（S4）或（S5）或交替重复步骤（S4）和（S5），形成所述网格状导电阵列；
S7：清理所述基板表面包括打印成程中残留在所述网格状导电阵列表面的导电材质。
其中，
所述网格状导电阵列包括有序网格导电阵列、无序网格导电阵列或有序网格和无序网格复合而成的导电阵列,
所述网格状导电阵列包括面状网格结构阵列或若干个条状网格结构阵列构成,
所述网格形状是三边形、四边形、五边形或其他规则或不规则多边形,
所述第一导电层和所述第二导电层可以为同一种导电材质，也可为不同一种导电材质。
所述第一导电层包括金属氧化物薄膜、石墨烯薄膜、碳纳米管薄膜、金属纳米颗粒、金属量子点、金属纳米线中的一种或两种及其以上复合而成的导电层。
所述第一导电层网格的平均厚度为1纳米-10微米，组成网格的线径为1微米-100微米，网格孔径为1微米-100微米。
所述第二导电层包括金属氧化物薄膜、石墨烯薄膜、碳纳米管薄膜、金属纳米颗粒、金属量子点、金属纳米氧化物中的一种或两种及其以上复合而成的导电层。
所述第二导电层网格的平均厚度为1纳米-10微米，组成网格的线径为1微米-100微米，网格孔径为1微米-100微米。
所述基底由绝缘且表面平整材料构成，包括浮法玻璃、有机聚合物、陶瓷、PD200玻璃中一种构成的单一基板，或其中两种及以上组合构成的复合基板。
所述3D制造包括立体光固化成型、叠层实体制造、选择性激光烧结、熔融沉积制造、三维印刷和喷墨打印成型。
本发明的优点在于：
本发明采用3D打印技术制作网格状导电阵列，其显著优点在于：其采用3D制造的方法来进行网格状导电阵列制作，通过计算机预先设计导电阵列的三维模型，并设置网格状导电阵列的二维轮廓扫描路径，进而打印形成导电阵列，导电阵列可以被设计制造成不同的结构形式，同时工艺较传统方法大大简化，既解决了材料浪费，工序复杂，精确度低的问题，又克服了导电阵列结构单一的问题。
附图说明
图1是本发明提供的一种3D制造网格状导电阵列的流程图
图2是本发明第一实施例提供的一种3D制造网格状导电阵列结构示意图
图3是本发明第二实施例提供的一种3D制造网格状导电阵列结构示意图
图4是本发明第二实施例提供的一种3D制造网格状导电阵列的局部放大示意图。
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。
参照图1，一种3D制造网格状导电阵列的方法，包括以下几个步骤：
（S11）利用计算机设计网格状导电阵列的三维数字模型，可采用的三维画图软件包括Pro/E、SolidWorks、CATIA、UG、Solidege、AUTO CAD；
（S12）采用RP-Tools软件对网格状导电阵列的三维数字模型进行二维数字化处理，即沿模型的高度方向对模型进行分割切片，得到各层截面的二维轮廓图；
（S13）将网格状导电阵列的数据模型输入到3D打印设备中，根据数据模型形成3D打印的扫描路径，
（S14）将所述基板11放置与3D打印成型腔内，抽真空并通入惰性气体，如氩气，形成保护气氛；所述基板由绝缘且表面平整材料构成，包括浮法玻璃、有机聚合物、陶瓷、PD200玻璃中一种构成的单一基板，或其中两种及以上组合构成的复合基板。本发明第一实施例优选PD200玻璃作为打印基板11。
（S15）打印网格状导电阵列12。所述网格状导电阵列12包括有序网格导电阵列、无序网格导电阵列或有序网格和无序网格复合而成的导电阵列。所述网格状导电阵列12包括面状网格结构阵列或若干个条状网格结构阵列构成。所述网格形状是三边形、四边形、五边形或其他规则或不规则多边形。所述网格状导电阵列12可由打印第一导电层121，或打印第二导电层122，或交替打印第一导电层121和第二导电层122形成的。所述第一导电层121和所述第二导电层122可以为同一种导电材质，也可为不同一种导电材质。所述第一导电层121包括金属氧化物薄膜、石墨烯薄膜、碳纳米管薄膜、金属纳米颗粒、金属量子点、金属纳米线中的一种或两种及其以上复合而成的导电层。所述第一导电层121网格的平均厚度为1纳米-10微米，组成网格的线径为1微米-100微米，网格孔径为1微米-100微米。所述第二导电层122包括金属氧化物薄膜、石墨烯薄膜、碳纳米管薄膜、金属纳米颗粒、金属量子点、金属纳米氧化物中的一种或两种及其以上复合而成的导电层。所述第二导电层122网格的平均厚度为1纳米-10微米，组成网格的线径为1微米-100微米，网格孔径为1微米-100微米。
所述3D制造包括立体光固化成型、叠层实体制造、选择性激光烧结、熔融沉积制造、三维印刷和喷墨打印成型。
本发明第一实施例优选金属银纳米颗粒作为第一导电层121和第二导电层122的导电材质，采用选择性激光烧结制作成有序四边形面状结构的网格状导电阵列，具体步骤如下：
（S151）金属网格打印参数确定。根据3D建模的2D子层图案，确定有序四边形网格面状导电阵列的结构参数，包括组成网格的线径、孔径和厚度。本发明第一实施优选金属网格厚度为200nm，金属网格线径为5um，金属网格孔径为6um；
（S152）金属银纳米颗粒转移。利用铺粉辊设备沿水平方向将银纳米颗粒均匀转移至基底表面，或利用增材设备（3D打印）中的喷头沿其扫描路径（金属网格线径方向）移动将银纳米颗粒均匀涂布在基底表面；本实施优选增材设备（3D打印）中的喷头沿其扫描路径移动将银纳米颗粒均匀涂布在基底表面。
（S153）金属银纳米颗粒熔融。控制激光束使其烧结温度银纳米颗粒的熔点温度，激光头沿喷头移动方向移动，激光发出的高能激光通对基底表面的金属银纳米颗粒粉末进行照射，并溶化其扫描路径上的银纳米颗粒，熔化后银与玻璃基板烧结在一起，形成单层有序四边形面状结构的网格状导电阵列1211，如图2所示。
（S154）重复步骤（S152）和（S153），从而获得网格状导电阵列12，如图2所示。
（S16）基板表面处理。将制造完成的基片移出3D打印设备，清理阵列表面与内部，包括激光烧结过程中残留在基片表面多余的金属银纳米颗粒。
至此，本发明第一优选实施例的一种3D制造网格状导电阵列已完成。
实施例二
参照图1，一种3D制造网格状导电阵列的方法，包括以下几个步骤：
（S21）利用计算机设计网格状导电阵列的三维数字模型，可采用的三维画图软件包括Pro/E、SolidWorks、CATIA、UG、Solidege、AUTO CAD；
（S22）采用RP-Tools软件对网格状导电阵列的三维数字模型进行二维数字化处理，即沿模型的高度方向对模型进行分割切片，得到各层截面的二维轮廓图；
（S23）将网格状导电阵列的数据模型输入到3D打印设备中，根据数据模型形成3D打印的扫描路径，
（S24）将所述基板22放置与3D打印成型腔内，抽真空并通入惰性气体，如氩气，形成保护气氛；所述基板由绝缘且表面平整材料构成，包括浮法玻璃、有机聚合物、陶瓷、PD200玻璃中一种构成的单一基板，或其中两种及以上组合构成的复合基板。本发明第一实施例优选PD200玻璃作为打印基板22。
（S25）打印网格状导电阵列22。所述网格状导电阵列22包括有序网格导电阵列、无序网格导电阵列或有序网格和无序网格复合而成的导电阵列。所述网格状导电阵列22包括面状网格结构阵列或若干个条状网格结构阵列构成。所述网格形状是三边形、四边形、五边形或其他规则或不规则多边形。所述网格状导电阵列22是由打印第一导电层221，或打印第二导电层222，或交替打印第一导电层221和第二导电层222形成的。所述第一导电层221和所述第二导电层222可以为同一种导电材质，也可为不同一种导电材质。所述第一导电层221包括金属氧化物薄膜、石墨烯薄膜、碳纳米管薄膜、金属纳米颗粒、金属量子点、金属纳米线中的一种或两种及其以上复合而成的导电层。所述第一导电层221网格的平均厚度为1纳米-10微米，组成网格的线径为1微米-100微米，网格孔径为1微米-100微米。所述第二导电层222包括金属氧化物薄膜、石墨烯薄膜、碳纳米管薄膜、金属纳米颗粒、金属量子点、金属纳米氧化物中的一种或两种及其以上复合而成的导电层。所述第二导电层222网格的平均厚度为1纳米-10微米，组成网格的线径为1微米-100微米，网格孔径为1微米-100微米。
所述3D制造包括立体光固化成型、叠层实体制造、选择性激光烧结、熔融沉积制造、三维印刷和喷墨打印成型。
本发明第一实施例优选铬电子墨水作为第一导电层221的导电材质，优选铜电子墨水作为第二导电层222的导电材质，采用喷墨打印制作成有序四边形条状结构的网格状导电阵列12，具体步骤如下：
（S251）第一导电层221的网格打印参数确定。根据3D建模的2D子层图案，确定有序四边形网格条状导电阵列的结构参数，包括组成第一导电层221的网格线径、孔径和厚度。本发明第一实施优选第一导电层221厚度为100nm，网格线径为5um，孔径为6um；
（S252）第一层导电层221打印。具体原理如下：将纳米铬颗粒分散到溶液中配制3D打印用纳米铬电子墨水，将电子墨水移入储液罐中，通过喷墨打印的微打印头将纳米铬电子墨水按照打印路径打印在玻璃基底21上，低温干燥处理以除去溶剂，再进行退火处理，形成单层第一导电层2211，重复上述过程形成所需的第一导电层221，如图4所示。
（S253）第二层导电层222的网格打印参数确定。根据3D建模的2D子层图案，确定有序四边形网格条状导电阵列的结构参数，包括组成第二导电层222的网格线径、孔径和厚度。本发明第一实施优选第二导电层222厚度为200nm，金属网格线径为5um，金属网格孔径为6um。
（S254）第二导电层222打印。具体原理如下：将纳米铜颗粒分散到溶液中配制3D打印用纳米铬电子墨水，将电子墨水移入储液罐中，通过喷墨打印的微打印头将纳米铬电子墨水按照打印路径打印在玻璃基底上，低温干燥处理以除去溶剂，再进行退火处理，形成单层第二导电层2221，重复上述过程形成所需的第二导电层222，如图4所示。
（S26）基板表面处理。将制造完成的基片移出3D打印设备，清理阵列表面与内部，包括喷墨打印过程中残留在基片表面多余的电子墨水。
至此，本发明第二优选实施例的一种3D制造网格状导电阵列已完成。
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 (8)
1. 一种3D制造网格状导电阵列的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
S1：利用计算机设计所述网格状导电阵列结构的三维数字模型；
S2：利用软件沿模型的高度方向分割形成各截面的二维轮廓图；
S3：根据二维轮廓图形成相应的扫描路径；
S4：利用3D打印设备按照扫描路径在所述基板表面打印第一层导电层；重复打印若干次，形成所述第一导电层；
S5：利用3D打印设备在已经成形所述第一导电层上按照扫描路径打印第二层导电层，重复打印若干次，形成所述第二导电层；
S6：重复步骤（S4）或（S5）或交替重复步骤（S4）和（S5），形成所述网格状导电阵列；
S7：清理所述基板表面包括3D打印成程中残留在所述网格状导电阵列表面的导电材质；
其中，
所述网格状导电阵列包括有序网格导电阵列、无序网格导电阵列或有序网格和无序网格复合而成的导电阵列；
所述网格状导电阵列包括面状网格结构阵列或若干个条状网格结构阵列构成；
所述网格形状是三边形、四边形、五边形或其他规则或不规则多边形。
2.根据权利要求1所述的一种3D制造网格状导电阵列的方法，其特征在于：所述第一导电层和所述第二导电层可以为同一种导电材质，也可为不同一种导电材质。
3.根据权利要求1所述的一种3D制造网格状导电阵列的方法，其特征在于：所述第一导电层包括金属氧化物薄膜、石墨烯薄膜、碳纳米管薄膜、金属纳米颗粒、金属量子点、金属纳米线中的一种或两种及其以上复合而成的导电层。
4.根据权利要求2所述的一种3D制造网格状导电阵列的方法，其特征在于：所述第一导电层网格的平均厚度为1纳米-10微米，组成网格的线径为1微米-100微米，网格孔径为1微米-100微米。
5.根据权利要求1所述的一种3D制造网格状导电阵列的方法，其特征在于：所述第二导电层包括金属氧化物薄膜、石墨烯薄膜、碳纳米管薄膜、金属纳米颗粒、金属量子点、金属纳米氧化物中的一种或两种及其以上复合而成的导电层。
6.根据权利要求5所述的一种3D制造网格状导电阵列的方法，其特征在于：所述第二导电层网格的平均厚度为1纳米-10微米，组成网格的线径为1微米-100微米，网格孔径为1微米-100微米。
7.根据权利要求1所述的一种3D制造网格状导电阵列的方法，其特征在于，所述基底由绝缘且表面平整材料构成，包括浮法玻璃、有机聚合物、陶瓷、PD200玻璃中一种构成的单一基板，或其中两种及以上组合构成的复合基板。
8.根据权利要求1所述的一种3D制造网格状透明导电电极阵列的方法，其特征在于：所述3D制造包括立体光固化成型、叠层实体制造、选择性激光烧结、熔融沉积制造、三维印刷和喷墨打印成型。
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