CN108179392A - 一种金属纳米网络柔性玻璃的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属纳米网络柔性玻璃的加工方法，包括以下步骤：在硅片上制备SiO2薄膜作为牺牲层；在牺牲层上制备GZO薄膜、AZO薄膜或ZnO薄膜作为遮盖层；在遮盖层上滴加稀HNO3，腐蚀遮盖层得到颗粒间的裂缝；再滴加HF腐蚀颗粒间裂缝下面的SiO2薄膜；溅射生长出Ag金属薄膜；HCl浸泡去除遮盖层GZO薄膜；HF浸泡去除SiO2薄膜，得到金属Ag纳米网络；转移至涂有EVA光学胶的PET柔性透明基底，得到金属纳米网络透明导电玻璃。本发明的优点：在已研制得到大颗粒GZO薄膜、AZO薄膜或ZnO薄膜基础上，结合磁控溅射与湿法刻蚀，获得金属纳米网络结构易于调控、制作简便的金属纳米网络透明导电玻璃。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃加工技术领域，特别涉及一种金属纳米网络柔性玻璃的加工方法。
背景技术
高性能的透明电极在许多光电器件是必不可少的，例如触摸屏、光伏电池、光电子探测器、光伏器件、薄膜（光电）晶体管、液晶显示、传感器、热反射器等领域。目前商业上，透明导电电极一般采用金属氧化物，例如ITO薄膜，但ITO氧化物电极中的关键金属元素铟储量有限，随着液晶显示器和触摸屏等产品的普及，铟的价格急剧上涨。同时，氧化铟锡透明电极缺乏柔韧性，不易弯曲，化学稳定性差，不适合应用于柔性透明电极。
目前，研究人员一直在研发可替代传统ITO的材料，例如金属纳米线、金属网格、石墨烯、碳纳米管、导电性高分子材料等。最近，基于金属网孔结构的透明电极研究已得到一些学者的重点关注，且金属网结构电极具有较高的透过率、导电性、较低的造价、和优异的机械柔韧性等优点，从光电器件的制作成本和效能考量，科研工作者们需要寻求一种对设备要求不高、简易高效且可控的技术手段来制备金属网结构电极，以利于其在光电器件产业中的推广。
现阶段对于制备金属纳米网络透明导电玻璃，国内外主要有如下工艺：(1)利用滚棒在固定好的基片表面碾滚产生的压力将滴于基片表面银纳米线AgNWs分散开形成薄膜，通过浓度控制这些AgNWs电极可以具有不同的密度和面电阻；但此方法无法保持在滚碾过程中挤压的力道维持不变，因而造成银纳米线分布不均匀，且滚碾过后铺展于基片表面的液膜在干燥过程中银纳米线容易出现团聚现象，增加接触电阻；(2)喷墨打印和咖啡环效应结合，在基底上喷墨打印银纳米颗粒墨水，形成线条型网格，线宽受喷嘴尺寸和银纳米颗粒大小的限制，但用于该工艺的加工设备的成本较高；(3) 晶界印刷，该工艺又存在工艺复杂，制作成本高昂的缺点。
发明内容
本发明的目的是为了解决现阶段制备金属纳米网络透明导电玻璃存在的缺点，而提出的一种金属纳米网络柔性玻璃的加工方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种金属纳米网络柔性玻璃的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用磁控溅射法，在硅片上制备SiO2薄膜作为牺牲层；
S2、采用磁控溅射法，在牺牲层上制备GZO薄膜、AZO薄膜或ZnO薄膜作为遮盖层；
S3、采用湿法刻蚀法，在遮盖层上滴加稀HNO3，腐蚀遮盖层得到颗粒间的裂缝并增宽裂缝；
S4、采用湿法刻蚀法，在S3腐蚀完成后再滴加HF，腐蚀颗粒间裂缝下面的SiO2薄膜；
S5、S4完成后将硅片置于磁控溅射腔室内，溅射生长出厚度为150～200nm的Ag金属薄膜；
S6、采用湿法剥离法， S5完成后复合薄膜使用稀HCl浸泡处理，去除遮盖层GZO薄膜；
S7、采用湿法剥离法，S6完成后复合薄膜使用HF浸泡处理，去除牺牲层SiO2薄膜，得到具有晶粒生长网络形状的金属Ag纳米网络；
S8、采用热压印方法，将S7得到的Ag纳米网络连续化无损转移至薄膜太阳能电池玻璃基板，得到电子信息显示用玻璃。
在上述技术方案的基础上，可以有以下进一步的技术方案：
所述S1中的硅片采用硅陶瓷靶材，磁控溅射时，采用Ar离子作为溅射气体，O2作为反应气体，射频电源作用于阴极，溅射功率为220-280W，工作压强为0.4-0.6Pa，靶电压为85-95V，衬底与靶材的间距为65-75mm，制备得到厚度为280-320nm的SiO2薄膜。
所述溅射功率为250W，工作压强为0.5Pa，靶电压为87V，衬底与靶材的间距为70mm，制备SiO2薄膜的厚度为300nm。
所述S2中采用GZO/AZO/ZnO陶瓷靶材，磁控溅射时，采用Ar离子作为溅射气体，直流电源作用于阴极，溅射功率为300～400W，工作压强为0.1-0.4Pa，靶电压为419～468V，衬底与靶材的间距为60-80mm，制备GZO薄膜、AZO薄膜或ZnO薄膜的厚度为450-550nm。
所述射功率为350W，工作压强为0.2Pa，靶电压为450V，衬底与靶材的间距为70mm，制备GZO薄膜、AZO薄膜或ZnO薄膜的厚度为500nm。
所述S5中采用Ag金属靶材，用Ar离子做为溅射气体，以射频电源作用于阴极，工作压强为0.3-0.4Pa，溅射功率为100W～200W，靶电压为54～78V。
所述S5中溅射的工艺参数为：工作压强为0.35Pa，溅射功率为150W，靶电压为65V，溅射生长出Ag金属薄膜的厚度为180nm。
所述S8将涂有EVA光学胶厚度为1mm的PET柔性透明基底加热至60℃，用热压印方法将硅片上的金属纳米网络连续化无损转移至PET上，得到金属纳米网络透明导电玻璃。
本发明的优点在于：本发明结合现有的磁控溅射与湿法刻蚀镀膜的固有优点，在已研制得到大颗粒GZO薄膜、AZO薄膜或ZnO薄膜基础上，通过腐蚀较大颗粒GZO、AZO或ZnO的颗粒边界线，得到纳米级裂缝，以裂缝为模板生长Ag金属纳米网络，发明一种金属纳米网络透明导电玻璃的制备方法，解决现有金属纳米网络透明导电玻璃制备工艺复杂，薄膜难以转移，并且成本较高，不利于大面积制备以及不利于产业化的问题，最终获得一种金属纳米网络结构易于调控、制作过程简便、设备操作简单可控的且可大面积镀膜的制备工艺，满足金属纳米网络透明导电玻璃的科研和市场需求,同时，目标制备方法可获得具有独特物理化学性能的材料表面，能够在电子信息显示、光伏领域、环境材料领域等多个领域得到广泛应用。
附图说明
图1是本发明部分工艺加工后玻璃的剖面图。
具体实施方式
为了使本发明更加清楚明白，以下结合附图对本装置详细说明，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
如图1所示，本发明提供的一种金属纳米网络柔性玻璃的加工方法，包括以下步骤：
S1、以硅陶瓷为衬底，将衬底置于磁控溅射腔室内，采用Ar离子作为溅射气体，O2作为反应气体，射频电源作用于阴极，制备温度保持室温；溅射功率为250W，工作压强为0.5Pa，靶电压为87V，衬底与靶材的间距为70mm，制备得到SiO2薄膜厚度为300nm的牺牲层。
S2、采用磁控溅射法，在SiO2薄膜上制备GZO薄膜作为遮盖层，采用GZO陶瓷靶材，Ar离子作为溅射气体，直流电源作用于阴极，溅射功率为300W，工作压强为0.2Pa，靶电压为419V，玻璃衬底与靶材的间距为70mm，制备得到GZO薄膜厚度为510nm。
S3、采用湿法刻蚀法，在GZO薄膜上滴加浓度为3%的稀HNO3，腐蚀遮盖层GZO薄膜得到GZO颗粒间的裂缝逐渐并增宽裂缝。
S4、采用湿法刻蚀法，在S3腐蚀完成后得到复合薄膜上滴加浓度为5%HF，腐蚀GZO颗粒间裂缝下面的SiO2薄膜，得到具有较大高低差的复合薄膜。
S5、S4完成后得到的复合薄膜置于磁控溅射腔室内，采用Ag金属靶材，用Ar离子做为溅射气体；采用射频电源作用于阴极，工作压强为0.35Pa，溅射功率为100W，靶电压为54V，溅射生长出符合工艺要求的厚度为150nm的Ag金属薄膜。
S6、采用湿法剥离法，S5完成后得到的复合薄膜放入浓度为5%稀HCl浸泡处理，去除遮盖层GZO薄膜。
S7、采用湿法剥离法，S6完成后复合薄膜放入浓度为3%的稀HF浸泡处理，去除牺牲层，得到具有晶粒生长网络形状的金属Ag纳米网络。
S8、采用热压印方法，加热温度60℃，将上述得到的Ag纳米网络连续化无损转移至薄膜太阳能电池玻璃基板，得到电子信息显示用玻璃。
将上述得到的金属纳米网络透明导电玻璃分别进行透过率测试、电阻率测试可见光平均透过率为87.9%，电阻率为4.1*10-5Ω•cm。
实施例二
本发明提供的一种金属纳米网络柔性玻璃的加工方法，包括以下步骤：
S1、以硅陶瓷为衬底，将衬底置于磁控溅射腔室内，采用Ar离子作为溅射气体，O2作为反应气体，射频电源作用于阴极，制备温度保持室温；溅射功率为250W，工作压强为0.5Pa，靶电压为87V，衬底与靶材的间距为70mm，制备得到SiO2薄膜厚度为300nm的牺牲层。
S2、采用磁控溅射法，在SiO2薄膜上制备AZO薄膜作为遮盖层，采用AZO陶瓷靶材，Ar离子作为溅射气体，直流电源作用于阴极，溅射功率为350W，工作压强为0.2Pa，靶电压为441V，玻璃衬底与靶材的间距为70mm，制备得到AZO薄膜厚度为540nm。
S3、采用湿法刻蚀法，在AZO薄膜上滴加浓度为3%的稀HNO3，腐蚀遮盖层AZO薄膜得到AZO颗粒间的裂缝逐渐并增宽裂缝。
S4、采用湿法刻蚀法，在S3腐蚀完成后得到复合薄膜上滴加浓度为5%HF，腐蚀AZO颗粒间裂缝下面的SiO2薄膜，得到具有较大高低差的复合薄膜。
S5、S4完成后得到的复合薄膜置于磁控溅射腔室内，采用Ag金属靶材，用Ar离子做为溅射气体；采用射频电源作用于阴极，工作压强为0.35Pa，溅射功率为200W，靶电压为76V，溅射生长出符合工艺要求的厚度为200nm的Ag金属薄膜。
S6、采用湿法剥离法，S5完成后得到的复合薄膜放入浓度为5%稀HCl浸泡处理，去除遮盖层AZO薄膜。
S7、采用湿法剥离法，S6完成后复合薄膜放入浓度为3%的稀HF浸泡处理，去除牺牲层，得到具有晶粒生长网络形状的金属Ag纳米网络。
S8、采用热压印方法，加热温度60℃，将上述得到的Ag纳米网络连续化无损转移至薄膜太阳能电池玻璃基板，得到电子信息显示用玻璃。
将上述得到的金属纳米网络透明导电玻璃分别进行透过率测试、电阻率测试可见光平均透过率为89.5%，电阻率为2.9*10-5Ω•cm。
实施例三
本发明提供的一种金属纳米网络柔性玻璃的加工方法，包括以下步骤：
S1、以硅陶瓷为衬底，将衬底置于磁控溅射腔室内，采用Ar离子作为溅射气体，O2作为反应气体，射频电源作用于阴极，制备温度保持室温；溅射功率为250W，工作压强为0.5Pa，靶电压为87V，衬底与靶材的间距为70mm，制备得到SiO2薄膜厚度为300nm的牺牲层。
S2、采用磁控溅射法，在SiO2薄膜上制备ZnO薄膜作为遮盖层，采用ZnO陶瓷靶材，Ar离子作为溅射气体，直流电源作用于阴极，溅射功率为400W，工作压强为0.2Pa，靶电压为468V，玻璃衬底与靶材的间距为70mm，制备得到ZnO薄膜厚度为520nm。
S3、采用湿法刻蚀法，在ZnO薄膜上滴加浓度为3%的稀HNO3，腐蚀遮盖层ZnO薄膜得到GZO颗粒间的裂缝逐渐并增宽裂缝。
S4、采用湿法刻蚀法，在S3腐蚀完成后得到复合薄膜上滴加浓度为5%HF，腐蚀ZnO颗粒间裂缝下面的SiO2薄膜，得到具有较大高低差的复合薄膜。
S5、S4完成后得到的复合薄膜置于磁控溅射腔室内，采用Ag金属靶材，用Ar离子做为溅射气体；采用射频电源作用于阴极，工作压强为0.35Pa，溅射功率为200W，靶电压为76V，溅射生长出符合工艺要求的厚度为200nm的Ag金属薄膜。
S6、采用湿法剥离法，S5完成后得到的复合薄膜放入浓度为5%稀HCl浸泡处理，去除遮盖层ZnO薄膜。
S7、采用湿法剥离法，S6完成后复合薄膜放入浓度为3%的稀HF浸泡处理，去除牺牲层，得到具有晶粒生长网络形状的金属Ag纳米网络。
S8、采用热压印方法，加热温度60℃，将上述得到的Ag纳米网络连续化无损转移至涂有EVA光学胶厚度为1mm的PET柔性透明基底，得到电子信息显示用金属纳米网络透明导电玻璃。
将上述得到的金属纳米网络透明导电玻璃分别进行透过率测试、电阻率测试可见光平均透过率为88.3%，电阻率为2.2*10-5Ω•cm。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (8)
1.一种金属纳米网络柔性玻璃的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用磁控溅射法，以硅片为衬底，在硅片上制备SiO2薄膜作为牺牲层；
S2、采用磁控溅射法，在牺牲层上制备GZO薄膜、AZO薄膜或ZnO薄膜作为遮盖层；
S3、采用湿法刻蚀法，在遮盖层上滴加稀HNO3，腐蚀遮盖层得到颗粒间的裂缝并增宽裂缝；
S4、采用湿法刻蚀法，在S3腐蚀完成后再滴加HF，腐蚀颗粒间裂缝下面的SiO2薄膜；
S5、S4完成后将硅片置于磁控溅射腔室内，溅射生长出厚度为150～200nm的Ag金属薄膜；
S6、采用湿法剥离法， S5完成后复合薄膜使用稀HCl浸泡处理，去除遮盖层GZO薄膜；
S7、采用湿法剥离法，S6完成后复合薄膜使用HF浸泡处理，去除牺牲层SiO2薄膜，得到具有晶粒生长网络形状的金属Ag纳米网络；
S8、采用热压印方法，将S7得到的Ag纳米网络连续化无损转移至薄膜太阳能电池玻璃基板，得到电子信息显示用玻璃。
2.根据权利要求1所述的一种金属纳米网络柔性玻璃的加工方法，其特征在于：所述S1中的硅片采用硅陶瓷靶材，磁控溅射时，采用Ar离子作为溅射气体，O2作为反应气体，射频电源作用于阴极，溅射功率为220-280W，工作压强为0.4-0.6Pa，靶电压为85-95V，衬底与靶材的间距为65-75mm，制备得到厚度为280-320nm的SiO2薄膜。
3.根据权利要求2所述的一种金属纳米网络柔性玻璃的加工方法，其特征在于：所述溅射功率为250W，工作压强为0.5Pa，靶电压为87V，衬底与靶材的间距为70mm，制备SiO2薄膜的厚度为300nm。
4.根据权利要求1所述的一种金属纳米网络柔性玻璃的加工方法，其特征在于：所述S2中采用GZO/AZO/ZnO陶瓷靶材，磁控溅射时，采用Ar离子作为溅射气体，直流电源作用于阴极，溅射功率为300～400W，工作压强为0.1-0.4Pa，靶电压为419～468V，衬底与靶材的间距为60-80mm，制备GZO薄膜、AZO薄膜或ZnO薄膜的厚度为450-550nm。
5.根据权利要求4所述的一种金属纳米网络柔性玻璃的加工方法，其特征在于：所述射功率为350W，工作压强为0.2Pa，靶电压为450V，衬底与靶材的间距为70mm，制备GZO薄膜、AZO薄膜或ZnO薄膜的厚度为500nm。
6.根据权利要求1所述的一种金属纳米网络柔性玻璃的加工方法，其特征在于：所述S5中采用Ag金属靶材，用Ar离子做为溅射气体，以射频电源作用于阴极，工作压强为0.3-0.4Pa，溅射功率为100W～200W，靶电压为54～78V。
7.根据权利要求6所述的一种金属纳米网络柔性玻璃的加工方法，其特征在于：所述S5中溅射的工艺参数为：工作压强为0.35Pa，溅射功率为150W，靶电压为65V，溅射生长出Ag金属薄膜的厚度为180nm。
8.根据权利要求1所述的一种金属纳米网络柔性玻璃的加工方法，其特征在于：所述S8将涂有EVA光学胶厚度为1mm的PET柔性透明基底加热至60℃，用热压印方法将硅片上的金属纳米网络连续化无损转移至PET上，得到金属纳米网络透明导电玻璃。
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