CN107093500A - 一种银纳米线柔性透明导电薄膜的图形化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种银纳米线柔性透明导电薄膜的图形化方法，包括以下步骤：(1)在衬底上通过溶液加工方法形成银纳米线透明导电薄膜；(2)根据图案化需求，通过喷墨打印的方式在银纳米线透明导电薄膜上制备图形化的抗酸性氧化物保护层，并对抗酸性氧化物保护层进行固化；(3)采用刻蚀液对透明导电薄膜处理，将未被抗酸性氧化物保护层覆盖的银纳米线透明导电薄膜刻蚀去除，从而得到图案化的柔性透明导电薄膜。本发明通过制备抗酸性无机薄膜作为水氧阻隔层并且作为银纳米线图案化过程中起到掩膜保护的作用，从而可以减少光刻工艺，简化工艺流程。

Description

一种银纳米线柔性透明导电薄膜的图形化方法
技术领域
本发明涉及透明导电薄膜，特别涉及一种银纳米线(AgNWs)柔性透明导电薄膜的图形化方法。
背景技术
目前现有的透明导电薄膜是以ITO透明导电薄膜为主导，它具有良好的导电性能以及薄膜透过率。但由于ITO薄膜自身固有的脆性，昂贵的沉积制程以及铟(In)的日益紧缺，这大大地限制了ITO薄膜在柔性显示领域的应用。因此新兴的透明导电薄膜如碳纳米管(CNTs)，石墨烯，导电聚合物，金属网格以及金属纳米线，逐渐进入人们的视野。而这些具有柔性特点的材料中，基于AgNWs的透明导电薄膜，由于兼备优异的耐弯折性、导电性和高透过率，同时还能通过溶液法制程和喷墨打印的方式实现成膜，相比于其他导电薄膜而言AgNWs则更被人们所关注。然而，尽管AgNWs拥有上述所提及的优异薄膜性能，但AgNWs的耐温性能较差，导致其无法适用于高温制程薄膜器件如TFT器件等领域的制作。同时AgNWs的稳定性问题，特别是氧化性，致使AgNWs难以广泛应用于柔性显示。通过对银纳米线包裹保护层材料可以有效改善稳定性问题，对银纳米线起到良好的保护效果，但后续依旧需要采用光刻的工艺，而光刻工艺较为复杂，同时光刻胶的引入和去胶过程均对银纳米透明导电薄膜产生一定的影响。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种银纳米线柔性透明导电薄膜的图形化方法，制备抗酸性氧化物保护层作为水氧阻隔层并且在银纳米线导电薄膜图案化过程中起到掩膜保护的作用，从而可以减少光刻工艺，简化工艺流程。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种银纳米线柔性透明导电薄膜的图形化方法，包括以下步骤：
(1)在衬底上通过溶液加工方法形成银纳米线透明导电薄膜；
(2)根据图案化需求，通过喷墨打印的方式在银纳米线透明导电薄膜上制备图形化的抗酸性氧化物保护层，并通过加热对抗酸性氧化物保护层进行固化；
(3)采用刻蚀液对透明导电薄膜处理，未使用抗酸性氧化物保护层覆盖的银纳米线透明导电薄膜将被刻蚀去除，最终得到图案化的柔性透明导电薄膜。
步骤(2)中抗酸性氧化物保护层的墨水为由锌盐和氯化亚锡组成的混合前驱体溶液；所述锌盐为醋酸锌或硝酸锌；其中，Zn、Sn离子的摩尔比为1：(0.5-3)；
或者为：
由二氧化锡纳米颗粒和氧化锌纳米颗粒组成的混合溶液，其中，Zn、Sn离子的摩尔比为1：(0.5-3)。
步骤(2)中抗酸性氧化物保护层的墨水中包含钽元素。
步骤(2)中，抗酸性氧化物保护层的线宽为10um-100um，厚度为5nm-100nm。
步骤(2)所述加热具体为：在空气氛围下先进行120℃加热15分钟，再350℃加热40分钟。
步骤(1)所述银纳米线透明导电薄膜的厚度为20nm-200nm。
步骤(1)所述溶液加工方法为旋涂、丝网印刷、喷涂、刮刀涂布、狭缝涂布、浸泡涂布、压印中的一种。
步骤(1)中，溶液加工方法所用的溶液为银浆，纳米铝颗粒，纳米金颗粒，银纳米线，铜纳米颗粒，铜纳米线，碳纳米管分散液，石墨烯分散液，3，4-乙撑二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸盐聚合物中的一种以上。
步骤(1)所述衬底包括玻璃和柔性衬底，所述柔性衬底为由聚酰亚胺薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种以上制备成的单层或多层衬底。
步骤3)所述的刻蚀液为铝酸，氢氟酸，硝酸，磷酸，过氧化氢、王水中的一种以上。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明通过制备抗酸性无机薄膜作为水氧阻隔层并且在银纳米线导电薄膜图案化过程中起到掩膜保护的作用，从而可以减少光刻工艺，简化工艺流程。
(2)本发明能够制备图形化的银纳米线透明导电薄膜，并且导电薄膜具有良好导电性能，透过性和稳定性，满足柔性电子器件对低阻值、高透明、耐弯折导电网络的要求。
附图说明
图1为本发明的实施例2的步骤a的示意图。
图2为本发明的实施例2的步骤b的示意图。
图3为本发明的实施例2的步骤c的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例的银纳米线柔性透明导电薄膜的图形化方法，具体包括如下步骤：
a.在衬底上通过溶液加工方法形成透明导电薄膜；其中：
衬底可为由玻璃，PI，PEN，PET或PDMS材料制备成的单层或多层衬底；
溶液加工方法为旋涂、丝网印刷、喷涂、刮刀涂布、狭缝涂布、浸泡涂布、压印；
透明导电薄膜材料可为银浆，纳米铝颗粒溶液，纳米金颗粒溶液，银纳米线溶液，铜纳米颗粒溶液，铜纳米线溶液，碳纳米管分散液，石墨烯分散液，3，4-乙撑二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸盐聚合物(PEDOT:PSS)溶液等形成单层膜，或者为上述溶液形成的复合薄膜。透明导电薄膜的厚度为10nm至200nm，优选为50nm至120nm。
b.根据图案化需求，通过喷墨打印的方式在银纳米线透明导电薄膜上制备图形化的抗酸性氧化物保护层，并通过加热(在空气氛围下先进行120℃加热15分钟，再350℃加热40分钟)中对抗酸性氧化物保护层进行固化。
抗酸性氧化物保护层的成膜方式可以采用喷墨打印。抗酸性氧化物保护层的墨水为由锌盐和氯化亚锡组成的混合前驱体溶液；所述锌盐为醋酸锌或硝酸锌；其中，Zn、Sn离子的摩尔比为1：(0.5-3)；酸性氧化物保护层的墨水还可以为由二氧化锡纳米颗粒和氧化锌纳米颗粒组成的混合溶液，其中，Zn、Sn离子的摩尔比为1：(0.5-3)。
抗酸性氧化物保护层材料可以包含氧化锡(SnO2)、五氧化二钽(Ta2O5)中的一种或两种，或者包含其他含锡、钽等元素的氧化物掺杂，例如氧化锌锡(ZTO)等。保护层厚度为5nm至100nm，优选为10nm至30nm；线宽为0.1um至100um，优选为10um至20um。
c.采用刻蚀液对透明导电薄膜处理，未使用抗酸性氧化物保护层覆盖的银纳米线透明导电薄膜将被刻蚀去除，最终得到图案化的柔性透明导电薄膜。
上述步骤c中采用刻蚀液对透明导电薄膜处理，刻蚀液可为铝酸，氢氟酸，硝酸，磷酸，过氧化氢、草酸和王水中的一种以上。
本实施例的方法能够制备图形化的银纳米线透明导电薄膜，减少光刻工艺，简化工艺流程，同时导电薄膜具有良好导电性能，透过性和稳定性，满足柔性电子器件对低阻值、高透明、耐弯折导电网络的要求。
实施例2
本实施例的银纳米线柔性透明导电薄膜的图形化方法，具体包括如下步骤：
a.在玻璃衬底100上形成柔性衬底200，制备银纳米线透明导电薄膜300。
衬底200选择透明柔性衬底，可以是超薄玻璃、聚酰亚胺薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮或聚甲基丙烯酸甲酯。
具体使用利用OCA将柔性衬底贴合至玻璃衬底100，或采用旋涂，喷涂，slot die以及刮涂等成膜方式实现。
使用喷涂法涂布银纳米线透明导电薄膜，厚度为100nm-150nm，如图1所示。
b.利用喷墨打印法沉积厚度约10nm的抗酸性氧化物前驱体(墨水为醋酸锌或硝酸锌与氯化亚锡混合溶液),然进行加热固化(在空气氛围下先进行120℃加热15分钟，再350℃加热40分钟)形成氧化锌锡(ZTO)作为图形化保护层400，如图2所示。
c.利用铝酸刻蚀液对透明导电薄膜刻蚀，获取可同时兼备图形化特征和稳定性保护的透明导电薄膜，如图3所示。
本实施例的方法能够简易制备含图形化工艺的银纳米线透明导电薄膜，减少光刻工艺，有效地简化了工艺流程，同时所获取的导电薄膜具有良好导电性、透过性和稳定性，可满足柔性电子器件对低阻值、高透明、耐弯折特征的导电网络的要求。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种银纳米线柔性透明导电薄膜的图形化方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在衬底上通过溶液加工方法形成银纳米线透明导电薄膜；
(2)根据图案化需求，通过喷墨打印的方式在银纳米线透明导电薄膜上制备图形化的抗酸性氧化物保护层，并通过加热对抗酸性氧化物保护层进行固化；
(3)采用刻蚀液对透明导电薄膜处理，未使用抗酸性氧化物保护层覆盖的银纳米线透明导电薄膜将被刻蚀去除，最终得到图案化的柔性透明导电薄膜。
2.根据权利要求1所述的银纳米线柔性透明导电薄膜的图形化方法，其特征在于，步骤(2)中抗酸性氧化物保护层的墨水为由锌盐和氯化亚锡组成的混合前驱体溶液；所述锌盐为醋酸锌或硝酸锌；其中，Zn、Sn离子的摩尔比为1：(0.5-3)；
或者为：
由二氧化锡纳米颗粒和氧化锌纳米颗粒组成的混合溶液，其中，Zn、Sn离子的摩尔比为1：(0.5-3)。
3.根据权利要求1或2所述的银纳米线柔性透明导电薄膜的图形化方法，其特征在于，步骤(2)中抗酸性氧化物保护层的墨水中包含钽元素。
4.根据权利要求1所述的银纳米线柔性透明导电薄膜的图形化方法，其特征在于，步骤(2)中，抗酸性氧化物保护层的线宽为10um-100um，厚度为5nm-100nm。
5.根据权利要求1所述的银纳米线柔性透明导电薄膜的图形化方法，其特征在于，步骤(2)所述加热具体为：在空气氛围下先进行120℃加热15分钟，再350℃加热40分钟。
6.根据权利要求1所述的银纳米线柔性透明导电薄膜的图形化方法，其特征在于，步骤(1)所述银纳米线透明导电薄膜的厚度为20nm-200nm。
7.根据权利要求1所述的银纳米线柔性透明导电薄膜的图形化方法，其特征在于，步骤(1)所述溶液加工方法为旋涂、丝网印刷、喷涂、刮刀涂布、狭缝涂布、浸泡涂布、压印中的一种。
8.根据权利要求1所述的银纳米线柔性透明导电薄膜的图形化方法，其特征在于，步骤(1)中，溶液加工方法所用的溶液为银浆，纳米铝颗粒，纳米金颗粒，银纳米线，铜纳米颗粒，铜纳米线，碳纳米管分散液，石墨烯分散液，3，4-乙撑二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸盐聚合物中的一种以上。
9.根据权利要求1所述的银纳米线柔性透明导电薄膜的图形化方法，其特征在于，步骤(1)所述衬底包括玻璃和柔性衬底，所述柔性衬底为由聚酰亚胺薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种以上制备成的单层或多层衬底。
10.根据权利要求1所述的银纳米线柔性透明导电薄膜的图形化方法，其特征在于，步骤(3)所述的刻蚀液为铝酸，氢氟酸，硝酸，磷酸，过氧化氢、王水中的一种以上。
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