CN109817393A - 一种制备网格结构透明导电膜的方法 - Google Patents

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马来鹏
任文才
成会明
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Abstract

本发明涉及透明导电膜的制备技术，具体为一种利用平整基体作为模板制备网格结构的透明导电膜的方法，所制备的导电网格具有表面结构平整的突出特点。首先在平整基体表面形成导电网格，然后将透明基体与导电网格结合，最后将导电网格/透明基体与平整基体分离，从而制备出网格结构透明导电膜。该方法使用低粗糙度的平整基体作为模板，可以显著降低网格结构透明导电薄膜的粗糙度。而且，可以通过使用耐高温和耐腐蚀的平整基体，在结合柔性透明基体前先对导电网格进行高温烧结等处理，因此有利于提高基于柔性基体的透明导电薄膜的性能。此外，本发明的工艺步骤与典型的卷对卷辊压工艺兼容，容易实现自动化连续制备。

Description

一种制备网格结构透明导电膜的方法
技术领域:
本发明涉及透明导电膜的制备技术，具体为一种使用平整基体作为模板制备导电网格透明导电薄膜的新方法，可以大幅降低导电网格的表面粗糙度，并且适用于规模化制备大面积、高性能的导电网格透明导电膜。
背景技术:
透明导电薄膜是一种重要的光电材料，广泛应用于触摸屏、液晶显示、有机发光二极管显示(OLED)、太阳能电池等光电领域。电子信息产品和技术的不断发展和升级换代，对透明导电膜的发展提出了柔性化、超轻薄化、高稳定性等更高的要求。铟锡氧化物(ITO)是目前综合性能最好的透明导电薄膜，但ITO存在资源短缺、成本高、柔韧性和化学稳定性差等诸多问题，无法满足新型透明导电膜的要求。
具有连续薄膜结构的透明导电膜难以在保持高透光率(大于90％)的前提下持续降低薄膜电阻，无法满足显示器件和光伏器件等高端光电器件对透明导电膜的日益增加的性能要求。相比而言，网格结构的透明导电膜其光电性能优于连续薄膜。其原理在于，网格结构的透光率主要由其孔结构而非材料本征特性决定，可在不改变孔结构的前提下持续增加薄膜厚度，从而提高导电性。因此，形成网格结构可以大幅提高透明导电膜的光电性能。但是，典型的网格结构中网格线的厚度通常在数百纳米到微米之间，造成其表面粗糙度大，无法达到OLED等高端光电器件对低粗糙度(几纳米)的要求，极大地限制了其应用范围。
发明内容:
本发明的目的在于提供一种制备高性能导电网格透明导电膜的方法，该方法使用低粗糙度的平整基体作为模板，在其表面形成导电网格和透明基体。采用平整基体，既可以获得低粗糙度的透明导电薄膜，也与制备导电网格的典型工艺兼容，易于实现规模化生产。
本发明的技术方案是：
一种制备网格结构透明导电膜的方法，使用低粗糙度的平整基体作为制备网格的模板，形成网格空隙填充且表面结构平整的网格透明导电膜；首先在平整基体表面形成导电网格，然后将透明基体与导电网格结合并填充导电网格的空隙，最后将导电网格/透明基体与平整基体分离，从而制备出网格结构的透明导电膜；该方法具体步骤如下：
(1)在平整基体表面形成导电网格；
(2)将透明基体与导电网格结合并填充导电网格的空隙，在网格与平整基体的界面形成平整结构；
(3)导电网格/透明基体与平整化基体分离。
所述的制备网格结构透明导电膜的方法，平整基体为金属、陶瓷或高分子材料之一种或两种以上的组合，其粗糙度不大于10纳米；网格材料包括但不局限于碳材料、金属、金属化合物和导电高分子材料的一种或两种以上的复合材料；透明基体为高分子聚合物：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)、聚硅氧烷、聚碳酸酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯；或者，透明基体为半导体：氧化硅或玻璃。
所述的制备网格结构透明导电膜的方法，导电网格的几何构型为规则的周期性结构或无规则结构。
所述的制备网格结构透明导电膜的方法，形成导电网格的方法包括印刷、物理气相沉积、化学气相沉积、转移法、光刻法之一种或两种以上的组合。
所述的制备网格结构透明导电膜的方法，形成导电网格的印刷方法包括喷墨式印刷、孔板印刷、凹版印刷、凸版印刷、柔版印刷、微接触印刷、平板胶印、凹版胶印、烫印、压印、滚筒式印刷之一种或两种以上的组合。
所述的制备网格结构透明导电膜的方法，对形成的导电网格进行后处理，包括加热40～800℃、加压大于0至10MPa、掺杂、蚀刻和清洗之一或两种以上。
所述的制备网格结构透明导电膜的方法，将透明基体与导电网格结合的方法包括涂覆、热压和贴合；其中，贴合法使用结合层实现透明基体与导电网格的结合。
所述的制备网格结构透明导电膜的方法，采用的结合层材料为胶粘剂，包括环氧树脂、丙烯酸树脂、a-氰基丙烯酸酯、有机硅树脂、呋喃树脂、脲醛树脂、纤维素酯、不饱和聚酯、烯类聚合物、聚醚、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇缩醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、酚醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、聚酰胺、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、酚醛-聚乙烯醇缩醛、酚醛-聚酰胺、酚醛-环氧树脂、环氧-聚酰胺之一种或两种以上，胶粘剂粘结层的厚度为10nm～1mm。
所述的制备网格结构透明导电膜的方法，当平整基体和透明基体同时为柔性材料时，采用卷对卷工艺，综合使用涂覆、热压或贴合的方法实现大面积导电网格的连续化制备。
所述的制备网格结构透明导电膜的方法，通过蚀刻法或剥离法实现导电网格/透明基体与平整基体分离。
本发明的特点及有益效果是：
1.本发明使用低粗糙度的平整基体作为模板，可以显著降低网格结构透明导电薄膜的表明粗糙度。
2.本发明可以采用具有耐高温和耐化学腐蚀的平整基体，因此可以对形成在其表面的导电网格进行高温烧结或掺杂等化学处理，不受聚合物透明基体对处理温度和化学试剂的使用限制，因此有利于提高柔性透明导电薄膜的性能。
3.本发明的工艺步骤与典型的卷对卷辊压工艺兼容，容易实现自动化连续制备。
附图说明:
图1.制备网格结构透明导电膜的工艺流程示意图。
具体实施方式:
在具体实施过程中，如图1所示，本发明利用平整基体作为模板制备网格结构的透明导电膜的方法，首先在平整基体表面形成导电网格，然后将透明基体与导电网格结合，最后将导电网格/透明基体与平整基体分离，从而制备出网格结构透明导电膜，所制备的导电网格具有表面结构平整的突出特点。
下面，通过实施例和附图对本发明进一步详细阐述。
实施例1
如图1所示，采用粗糙度小于5纳米的离型膜作为平整化基体，采用氧化还原法制备的石墨烯的水溶液作为导电油墨(粘度50～200cP)。通过卷对卷技术，采用喷墨式印刷的方法在离型膜表面形成石墨烯的网格结构，并在60摄氏度对导电网格进行烘干固化。网格中线条的高度为1微米，宽度为10微米，间距为200微米。在其表面采用卷对卷热辊压的方法直接压合PET基体。最后通过直接剥离的方式将导电网格/PET透明导电膜与离型膜分离，从而获得PET基体上的导电网格，其表面粗糙度小于5纳米。
实施例2
与实施例1不同之处在于：
如图1所示，采用导电炭黑、纳米碳管、金属颗粒或导电高分子等导电材料的溶液作为导电油墨。采用滚筒式印刷、微接触印刷或凹版胶印等印刷方法将导电网格在离型膜表面。在其表面采用凹版印刷的方法印刷环氧树脂、丙烯酸树脂或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物等胶粘剂，采用辊压的方法贴合PET、PEN或玻璃等透明基体。
实施例3
与实施例1不同之处在于：
如图1所示，采用表面有氧化硅层的硅片(SiO2/Si)为平整化基体，其表面粗糙度小于1纳米。将采用CVD法生长在铜箔或镍膜表面的石墨烯薄膜转移到SiO2/Si基体表面，形成石墨烯薄膜，层数小于10层。采用等离子体蚀刻或激光蚀刻的方法将石墨烯薄膜蚀刻成网格结构。采用聚酰亚胺或聚硅氧烷等可溶性聚合物作为透明基体，将其溶液辊压涂覆在导电网格表面并固化。最后采用2M摩尔浓度氢氧化钠溶液浸泡的方法蚀刻氧化硅层，将导电网格/透明基体与SiO2/Si基体分离。
实施例4
与实施例3不同之处在于：
如图1所示，采用磁控溅射或蒸发镀膜等技术在SiO2/Si基体表面形成厚度5微米的金属膜(铜、铝、钼或铝钼合金等)。其中，SiO2/Si片的表面粗糙度小于1纳米。采用光刻技术将金属膜蚀刻成网格结构，网格中金属线条的宽度2微米，间距为100微米。在600℃热处理30分钟，从而获得在SiO2/Si片表面的高导电网格，在其表面采用热辊压的方法直接压合PET等透明基体。最后通过在水中超声震荡的方法，将导电网格/透明基体与SiO2/Si基体分离。

Claims (10)

1.一种制备网格结构透明导电膜的方法，其特征在于：使用低粗糙度的平整基体作为制备网格的模板，形成网格空隙填充且表面结构平整的网格透明导电膜；首先在平整基体表面形成导电网格，然后将透明基体与导电网格结合并填充导电网格的空隙，最后将导电网格/透明基体与平整基体分离，从而制备出网格结构的透明导电膜；该方法具体步骤如下：
(1)在平整基体表面形成导电网格；
(2)将透明基体与导电网格结合并填充导电网格的空隙，在网格与平整基体的界面形成平整结构；
(3)导电网格/透明基体与平整化基体分离。
2.按照权利要求1所述的制备网格结构透明导电膜的方法，其特征在于：平整基体为金属、陶瓷或高分子材料之一种或两种以上的组合，其粗糙度不大于10纳米；网格材料包括但不局限于碳材料、金属、金属化合物和导电高分子材料的一种或两种以上的复合材料；透明基体为高分子聚合物：聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚硅氧烷、聚碳酸酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯；或者，透明基体为半导体：氧化硅或玻璃。
3.按照权利要求1所述的制备网格结构透明导电膜的方法，其特征在于：导电网格的几何构型为规则的周期性结构或无规则结构。
4.按照权利要求1所述的制备网格结构透明导电膜的方法，其特征在于：形成导电网格的方法包括印刷、物理气相沉积、化学气相沉积、转移法、光刻法之一种或两种以上的组合。
5.按照权利要求4所述的制备网格结构透明导电膜的方法，其特征在于：形成导电网格的印刷方法包括喷墨式印刷、孔板印刷、凹版印刷、凸版印刷、柔版印刷、微接触印刷、平板胶印、凹版胶印、烫印、压印、滚筒式印刷之一种或两种以上的组合。
6.按照权利要求1所述的制备网格结构透明导电膜的方法，其特征在于：对形成的导电网格进行后处理，包括加热40～800℃、加压大于0至10MPa、掺杂、蚀刻和清洗之一或两种以上。
7.按照权利要求1所述的制备网格结构透明导电膜的方法，其特征在于：将透明基体与导电网格结合的方法包括涂覆、热压和贴合；其中，贴合法使用结合层实现透明基体与导电网格的结合。
8.按照权利要求7所述的制备网格结构透明导电膜的方法，其特征在于：采用的结合层材料为胶粘剂，包括环氧树脂、丙烯酸树脂、a-氰基丙烯酸酯、有机硅树脂、呋喃树脂、脲醛树脂、纤维素酯、不饱和聚酯、烯类聚合物、聚醚、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇缩醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、酚醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、聚酰胺、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、酚醛-聚乙烯醇缩醛、酚醛-聚酰胺、酚醛-环氧树脂、环氧-聚酰胺之一种或两种以上，胶粘剂粘结层的厚度为10nm～1mm。
9.按照权利要求1所述的制备网格结构透明导电膜的方法，其特征在于：当平整基体和透明基体同时为柔性材料时，采用卷对卷工艺，综合使用涂覆、热压或贴合的方法实现大面积导电网格的连续化制备。
10.按照权利要求1所述的制备网格结构透明导电膜的方法，其特征在于：通过蚀刻法或剥离法实现导电网格/透明基体与平整基体分离。
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