CN109801736A

CN109801736A - 透明导电溶液及其制备方法

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Publication number: CN109801736A
Application number: CN201711133891.8A
Authority: CN
Inventors: 吴宏伟; 洪政源; 叶昌鑫
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2019-05-24

Abstract

本发明公开了一种透明导电溶液及其制备方法。透明导电溶液包含溶剂和导电材料。溶剂的可见光穿透率大于80％。导电材料均匀分散于溶剂中，导电材料包含纳米碳管、纳米金属粒子或纳米银线。其中导电材料的重量占溶剂的重量的0.01％～50％，且导电材料使透明导电溶液的电阻率小于10^‑3欧姆米。本发明的透明导电溶液可用于形成图形化的导体层，并且易达成厚膜工艺，可用以制作透明射频被动元件的导体层。

Description

透明导电溶液及其制备方法

技术领域

本发明是有关于一种透明导电溶液及其制备方法，特别是有关于一种具有透明且导电特性的溶液，其可用于形成图形化的导体层，并且容易达成厚膜工艺，可用以制作透明射频被动元件。

背景技术

一般而言，感光性高分子光阻在现代电子产业中应用广泛，其应用在定义图形化的导体。然而，在公知应用上，通常以光阻覆盖在金属层上，并施加以去除金属与光阻的蚀刻相关工艺，而定义出图案化的金属层。若光阻具有导电性，将可取代公知金属薄膜以及透明导电膜，缩短工艺时间并节省成本，且其产业应用将可横跨半导体工艺、触控面板、PCB电路板等热门工艺。另一方面，公知的透明导电元件是采用透明导电膜进行制作。然而，现今的透明导电膜的量产方式是采用溅镀设备(sputter)，该设备生产透明导电膜速率极慢；若用于制作射频被动元件，需考量到其成膜厚度需要大于元件操作频率的集肤深度(skineffect)，亦即特定频率电磁波在金属导体表面传播时所需厚度，因此采用透明导电膜生产被动元件将不符合经济效益。有鉴于此，有必要开发一种导电光阻产品，用于制作更具经济效益的射频被动元件。

参照中国台湾专利公告号I382590的发明专利，其公开了一种透明天线，并说明因公知透明导电性膜具有膜厚越薄、透明度变高，则作为导电性尺度的表面电阻会变大的特质。因此，会有难以一面确保透光性，一面得到天线所需的低电阻的情形。其中，具有透光性的透明导电膜的电阻需为数十欧姆(Ω)至数百欧姆，且相对于此，制作天线所需求的电阻值必须非常小，为仅3欧姆以下。因此其采用网眼构造的导电性薄膜，使用金属薄膜或含有该等的金属微粒子的导电树脂糊膏膜、或含有碳微粒子的导电树脂糊膏膜，并通过光蚀刻(photo etching)，或者通过印刷阻剂进行蚀刻的方法，甚或予以印刷的方法而形成微细线网眼状图案。然而，此导电性薄膜的工艺复杂，且制作成本亦较高。

参照中国台湾专利公告号313672的发明专利，其公开了一种导电光阻，此导电光阻可以避免破坏电浆的均匀性以减少电浆蚀刻时天线效应所累积的电荷，从而减轻对元件所造成的伤害。然而，此导电光阻电阻是数近106欧姆米(Ω·m)，其电阻是数过高而无法用于作为实际导电介质，而无法用于制作射频被动元件。

职是之故，申请人乃细心试验与研究，并一本锲而不舍的精神，终于研究出一种透明导电溶液及其制作方法，特别是有关于一种透明且具导电功能的溶液。通过此透明导电溶液，可形成透明和图形化的导体层。此外，利用透明导电溶液本身容易达成厚膜的工艺(大于1微米)，可用于制作高频被动元件。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种透明导电溶液，通过其透明化且导电特性，以及易于达成厚膜工艺的优点，可达到制作透明射频被动元件导体层的功效。

本发明另提供一种透明导电溶液的制备方法，其是于将导电材料均匀混合于溶剂的条件下，利用活化导电材料的方式，增加其导电度，以发展出一种电阻率小于10^-3欧姆米(Ω·m)且可见光穿透率为80％以上的导电溶液。

为达上述目的，本发明提出一种透明导电溶液，其包含：溶剂，其可见光穿透率大于80％；导电材料，其均匀分散于溶剂中，此导电材料包含纳米碳管、纳米金属粒子或纳米银线，且优选为纳米碳管；其中，导电材料的重量占溶剂的重量的0.01％～50％；且导电材料使透明导电溶液的电阻率小于10^-3欧姆米。

根据本发明的又一实施例，上述碳纳米管是选自由多层纳米碳管、双层纳米碳管、单层纳米碳管与纳米碳纤维所组成的族群。

根据本发明的又一实施例，上述纳米碳管的电阻率小于10^-3欧姆米。

为达上述目的，本发明尚提出一种导电光阻的制备方法，其步骤包含：提供溶剂；提供导电材料，并使其均匀分散至溶剂中，以形成透明导电溶液；以及对此透明导电溶液提供活化工艺，以增加此透明导电溶液的导电度。

根据本发明的一实施例，上述溶剂的可见光穿透度大于80％。

根据本发明的又一实施例，上述导电材料的重量占上述溶剂的重量的0.01％～50％。

根据本发明的又一实施例，上述导电材料包含纳米碳管、纳米金属粒子或纳米银线。

根据本发明的又一实施例，上述纳米碳管的可见光穿透度大于80％。

根据本发明的又一实施例，上述提供导电材料并使其均匀分散至溶剂中的步骤还包含添加分散剂，使上述导电材料均匀分散至上述溶剂中，此分散剂的重量占上述溶剂的重量的0.01％～50％。

根据本发明的又一实施例，上述活化工艺为电场控制技术、磁力控制技术与介电泳动技术中的一个，其用以控制上述透明导电溶液的导电材料特性。

本发明的透明导电溶液及其制作方法至少具有以下的功效。通过本发明的透明导电溶液的电阻率小于10^-3欧姆米，利用此透明导电溶液可达到的大于1微米的厚膜，以克服集肤深度不足的问题，故其适用于制作高频被动元件。此外，通过本发明的透明导电溶液的可见光穿透率大于80％，可实现被动元件的透明化。相较于公知黄光工艺的以金属涂层作为导体再施以光阻进行图形化的作法，本发明仅利用溶剂即达到图形化导体的功效。

为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数个优选实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更完整了解实施例及其优点，现参照结合所附附图所做的下列描述，其中：

图1为依据本发明一些实施例的透明导电溶液的结构示意图；以及

图2为依据本发明一些实施例的透明导电溶液的制备方法的流程图。

具体实施方式

虽然本发明可表现为不同形式的实施例，但附图所示者及于下文中说明者为本发明的优选实施例，并请了解本文所公开的考量为本发明的范例，且并非意图用以将本发明限制于附图及/或所描述的特定实施例中。

现请参考图1，其为依据本发明一些实施例的透明导电溶液100的结构示意图。如图1所示，透明导电溶液100包含溶剂110和导电材料120。

溶剂110的可见光穿透率大于80％。在一些实施例中，溶剂110的可见光穿透率为95％。溶剂110可以是苯、甲苯、溴苯、氯苯、戊烷、己烷、环己烷、庚烷、二氯甲烷、二氯乙烷、二溴甲烷、硝基甲烷、石油醚、三氯乙烯、上述组合或其他合适的溶剂。

导电材料120均匀分散于溶剂110中。导电材料120可包含金纳米线、镍铜纳米线、银纳米线、镍铁纳米线、钴纳米线、铜纳米线、铅纳米线、镍纳米线或纳米碳管。在一些实施例中，导电材料120为纳米碳管，其可选自由多层纳米碳管、双层纳米碳管、单层纳米碳管与纳米碳纤维所组成的族群。在一些实施例中，导电材料120的电阻率小于10^-3欧姆米(Ω·m)。

在一些实施例中，溶剂110包含分散剂，其用以使导电材料120均匀分散至溶剂110中。分散剂的重量可占溶剂110的重量的0.01％～50％。分散剂可以是水、甲醇、乙醇、乙二醇、正丙醇、异丙醇、丙二醇、正丁醇、异丁醇、2-丁醇、3-丁醇、甘油、环戊酮、环己酮、乙腈、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAC)、二甲基亚砜(DMSO)、上述组合或水溶剂、或是其他合适的分散剂。

为有效达到透明度与导电度兼备的功效，导电材料120的重量百分比范围占溶剂110的重量的0.01％～50％。导电材料120使透明导电溶液100的电阻率小于10^-3欧姆米。在一些实施例中，透明导电溶液100的电阻率是可调整，其电阻值可介于0.01mΩ至0.1mΩ之间。透明导电溶液100的电阻率的调整可以是通过表面化学键结或静电作用(surfacechemical binding or electrostatic interactions)、微探针或光学镊子(microprobesor optical tweezers)、吹泡膜(blown bubble films)、朗缪尔和布劳杰特膜(Langmuir-Blodgett technique)、微流体与微通道(microfluidic and microchannels)、接触或滚印技术(contact or roll printing)、介电泳或电场力(dielectrophoresis or electricfields)、磁场力(magnetic fields)技术、架桥技术(bridging method)、或静电纺丝技术(electrospinning)来达成，其可参照文献Chemical Society Reviews,vol.41,no.12,2012,pp.4560-4580。此外，透明导电溶液100在温度-72℃至85℃以及湿度为85％的环境下的片电阻变化不超过10％。

现请参考图2，其为依据本发明一些实施例的透明导电溶液的制备方法200的流程图。透明导电溶液的制备方法200可用于制备图1的透明导电溶液100或相似的透明导电溶液。

在透明导电溶液的制作方法200中，首先进行步骤S210，提供溶剂，此溶剂的可见光穿透度大于80％。

接着，进行步骤S220，提供导电材料，并将此导电材料均匀分散至溶剂中，以形成透明导电溶液。导电材料的重量占溶剂的重量的0.01％～50％。导电材料可包含金纳米线、镍铜纳米线、银纳米线、镍铁纳米线、钴纳米线、铜纳米线、铅纳米线、镍纳米线或纳米碳管。在一些实施例中，导电材料微纳米碳管，其可选自由多层纳米碳管、双层纳米碳管、单层纳米碳管与纳米碳纤维所组成的族群。在一些实施例中，导电材料为纳米碳管，其可见光穿透度大于80％，且其电阻率小于10^-3欧姆米，以兼备透明导电溶液的导电度及透光性。溶剂可以是苯、甲苯、溴苯、氯苯、戊烷、己烷、环己烷、庚烷、二氯甲烷、二氯乙烷、二溴甲烷、硝基甲烷、石油醚、三氯乙烯、上述组合或其他合适的溶剂。

在一些实施例中，步骤S220还包含添加分散剂，以使导电材料均匀分散至溶剂中。此分散剂的重量占溶剂的重量的0.01％～50％。分散剂可以是水、甲醇、乙醇、乙二醇、正丙醇、异丙醇、丙二醇、正丁醇、异丁醇、2-丁醇、3-丁醇、甘油、环戊酮、环己酮、乙腈、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、上述组合或水溶剂、或是其他合适的分散剂。

之后，进行步骤S230，对形成的透明导电溶液进行活化工艺，以增加此透明导电溶液的导电度。此活化工艺可以是电场控制技术、磁力控制技术、介电泳动技术或其他合适的技术(例如前述调整透明导电溶液100的电阻率的技术)，其用以控制透明导电溶液的纳米碳管特性。

综上所述，本发明的透明导电溶液及其制备方法至少具有以下的功效。通过本发明的透明导电溶液的电阻率小于10^-3欧姆米，且此透明导电溶液经过湿式涂布后所形成的结构的厚度至少为200微米，接着再经过80℃以上的烘烤，即可达到大于1微米的厚膜，以克服集肤深度不足的问题，故其适用于制作高频被动元件。此外，通过本发明的透明导电溶液的可见光穿透率大于80％，可实现被动元件的透明化。相较于公知黄光工艺的以金属涂层作为导体再施以光阻进行图形化的作法，本发明仅利用溶剂即达到图形化导体的功效。

虽然本发明已以前述优选实施例公开，然其并非用以限定本发明，任何所属领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。如上述的解释，都可以作各种形式的修正与变化，而不会破坏此创作的精神。因此本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims

1.一种透明导电溶液，其特征在于，包含：

溶剂，所述溶剂的可见光穿透率大于80％；

导电材料，其均匀分散于所述溶剂中，所述导电材料包含纳米碳管、纳米金属粒子或纳米银线；

其中，所述导电材料的重量占所述溶剂的重量的0.01％～50％，且所述导电材料使所述透明导电溶液的电阻率小于10^-3欧姆米。

2.如权利要求1所述的透明导电溶液，其特征在于，所述纳米碳管是选自由多层纳米碳管、双层纳米碳管、单层纳米碳管与纳米碳纤维所组成的族群。

3.如权利要求1所述的透明导电溶液，其特征在于，所述导电材料的电阻率小于10^-3欧姆米。

4.一种透明导电溶液的制备方法，其特征在于，包含：

提供溶剂；

提供导电材料，并使所述导电材料均匀分散至所述溶剂中，以形成透明导电溶液；以及

对所述透明导电溶液提供活化工艺，用以增加所述透明导电溶液的导电度。

5.如权利要求4所述的透明导电溶液的制备方法，其特征在于，所述溶剂的可见光穿透度大于80％。

6.如权利要求4所述的透明导电溶液的制备方法，其特征在于，所述导电材料的重量占所述溶剂的重量的0.01％～50％。

7.如权利要求4所述的透明导电溶液的制备方法，其特征在于，所述导电材料包含纳米碳管、纳米金属粒子或纳米银线。

8.如权利要求4所述的透明导电溶液的制备方法，其特征在于，所述导电材料的可见光穿透度大于80％。

9.如权利要求4所述的透明导电溶液的制备方法，其特征在于，所述导电材料的电阻率小于10^-3欧姆米。

10.如权利要求4所述的透明导电溶液的制备方法，其特征在于，提供导电材料并使其均匀分散至溶剂中的步骤包含添加分散剂，使所述导电材料均匀分散至所述溶剂中，所述分散剂的重量占所述溶剂的重量的0.01％～50％。

11.如权利要求4所述的透明导电溶液的制备方法，其特征在于，所述活化工艺为电场控制技术、磁力控制技术与介电泳动技术中的一个，其用以控制所述透明导电溶液的导电材料特性。