CN109860391A - 一种采用超快激光转移薄膜材料的加工方法 - Google Patents

一种采用超快激光转移薄膜材料的加工方法 Download PDF

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黄福志
吕雪辉
程一兵
钟杰
彭勇
库治良
李蔚
肖俊彦
谭光耀
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Abstract

本发明属于激光加工领域,具体涉及一种采用超快激光转移薄膜材料的加工方法,包括:在清洁基板上沉积薄膜材料,得到施主基板;取另一清洁基板作为受主基板,将受主基板与施主基板上的薄膜材料相接触,然后一同放置在激光加工台上,调整激光焦距于合适的位置;通过超快激光、采用合适的激光加工参数在薄膜材料上相应的区域内进行连续扫描使薄膜材料在扫描区域内转移到受主基板上,完成薄膜材料的加工转移。本发明所述方法可以在设计的区域内精确地将相应薄膜材料转移到特定位置,且转移区域的大小可以精细到微米尺寸,实现了转移区域的精确控制,实现了薄膜材料快速且高质量的转移。

Description

一种采用超快激光转移薄膜材料的加工方法
技术领域
本发明属于激光加工领域,具体涉及一种采用超快激光转移薄膜材料的加工方法。
背景技术
目前很多领域在制备薄膜时,由于受到基板或底层材料的限制,需要实现薄膜转印。例如,单层石墨烯在柔性塑料基板或者刚性玻璃基板沉积单层石墨烯直接制备是非常困难的,一般是采用湿法转印,导致有残胶、杂质。另外,湿法转印的溶剂环境通常会影响基板上原有的功能层。而干法转印通常是将薄膜制备到PDMS上,但是并不是所有的薄膜材料能够制备在PDMS上,而且在转印的时候会有残留,特别很难实现大面积转印。但是转印又是一种非常有效的薄膜制备方法,可以应用到各个领域,因此需要开发更通用的、适合任何基板与材料的干法转印技术。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,目的在于提供一种采用超快激光转移薄膜材料的加工方法。
为实现上述发明目的,本发明采用的技术方案为:
一种采用超快激光转移薄膜材料的加工方法,包括如下步骤:
(1)在清洁基板上沉积薄膜材料,得到施主基板;
(2)取另一清洁基板作为受主基板,将受主基板与施主基板上的薄膜材料相接触,然后一同放置在激光加工台上,调整激光焦距于合适的位置;
(3)通过超快激光、采用合适的激光加工参数在薄膜材料上相应的区域内进行连续扫描使薄膜材料在扫描区域内转移到受主基板上,完成薄膜材料的加工转移。
上述方案中,所述薄膜材料为钙钛矿薄膜材料,所述激光加工参数为:飞秒模式,重复频率为200kHz,激光功率为14~18W,振镜扫描速度为800~1000mm/s,填充间距为12~16μm。
上述方案中,所述薄膜材料为石墨烯薄膜材料,所述激光加工参数为:飞秒模式,重复频率为200kHz,激光功率为7~9W,振镜扫描速度为1000~2000mm/s,填充间距为12~16μm。
上述方案中,所述薄膜材料为有机薄膜材料,所述激光加工参数为:飞秒模式,重复频率为200kHz,激光功率为15~18W,振镜扫描速度为1000~4000mm/s,填充间距为12~16μm。
上述方案中,所述施主基板可以放置在受主基板上方或者下方。
上述方案中,所述施主基板和受主基板包括但不限于:玻璃、透明有机板、单晶、含透明导电掺杂氟的SnO2(FTO)或氧化铟锡(ITO)镀层的玻璃基板、含透明导电ITO镀层的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)塑料基板,对于不同基板上相同薄膜材料的转移,所采用的激光加工参数范围差别不大,不过需要将激光的焦距调整到合适的位置。
本发明的有益效果如下:本发明采用超快激光扫描工艺,可以在设计的区域内精确地将相应薄膜材料转移到特定位置,且转移区域的大小可以精细到微米尺寸;本发明所述的方法可以应用于传统的印刷材料中,例如OLED屏幕中发光材料的印刷转移,可以有效地减少发光材料在印刷过程中的浪费,实现对发光材料在相应微小区域的精准转移过程;相对于传统的机械挤压转印技术,在薄膜材料的转移过程中不仅实现了转移区域的精确控制,还得益于激光加工材料的高速、稳定的特点,大大提高了生产效率,对于实现薄膜材料快速且高质量的转移,提供了切实可行的方案。
附图说明
图1为采用超快激光转移薄膜材料后的横截面图,所取截面位置如图2和图3虚线所示,其中1为施主基板,2为薄膜材料,3为受主基板。
图2为采用超快激光转移薄膜材料后,施主基板表面的薄膜效果图。
图3为采用超快激光转移薄膜材料后,受主基板表面的薄膜效果图。
图4为实施例1采用超快激光转移钙钛矿太阳能电池组件中钙钛矿吸光薄膜后的施主基板和受主基板的实物效果图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明,下面结合实施例进一步阐明本发明的内容,但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
采用本发明所述的超快激光转移钙钛矿太阳能电池组件中钙钛矿吸光薄膜层的方法,包括如下步骤:
(1)在清洗干净的5cm x 5cm大小的ITO导电玻璃(施主基板)上旋涂钙钛矿薄膜层,之后将其均匀切割成4块2.5cm x 2.5cm的尺寸;
(2)另取一2.5cm x 2.5cm大小的清洁ITO导电玻璃(受主基板)盖在施主基板上并使其与钙钛矿薄膜相接触,调整激光焦距;
(3)通过超快激光、采用合适的激光加工参数在钙钛矿薄膜材料上相应的区域内进行连续扫描使钙钛矿薄膜材料在扫描区域内转移到受主基板上,转移区域为6x 6个小方格组成的网格状,每个小方格尺寸为2mm x 2mm,相应激光参数为:飞秒模式,重复频率为200kHz,激光功率为14W,振镜扫描速度为1000mm/s,填充间距为16μm。
本实施例步骤(2)中可调换施主基板和受主基板的位置,并保证钙钛矿薄膜与受主基板相接触;观察两次转移前后施主基板和受主基板的表面状况(见图4),可以发现扫描区域内施主基板上的钙钛矿薄膜材料规整地转移到了相应位置,转移后的薄膜状态基本不变。
实施例2
采用本发明所述的超快激光转移石墨烯薄膜材料的方法,包括如下步骤:
(1)在清洗干净的2.5cm x 2.5cm大小的ITO导电玻璃(施主基板)上刮涂一层石墨烯薄膜;
(2)另取一2.5cm x 2.5cm大小的清洁ITO导电玻璃(受主基板)盖在施主基板上并使其与石墨烯薄膜相接触,调整激光焦距;
(3)通过超快激光、采用合适的激光加工参数在石墨烯薄膜材料上相应的区域内进行连续扫描使石墨烯薄膜材料在扫描区域内转移到受主基板上,转移区域为6x 6个小方格组成的网格状,每个小方格尺寸为2mm x 2mm,相应激光参数为:飞秒模式,重复频率为200kHz,激光功率为8W,振镜扫描速度为1000mm/s,填充间距为16μm。
本实施例步骤(2)中可调换施主基板和受主基板的位置,并保证石墨烯薄膜与受主基板相接触;观察两次转移前后施主基板和受主基板的表面状况,可以发现扫描区域内施主基板上的石墨烯薄膜规整地转移到了相应位置,转移后的薄膜状态基本不变。
实施例3
采用本发明所述的超快激光转移有机薄膜材料的方法,包括如下步骤:
(1)在清洗干净的5cm x 5cm大小的ITO导电玻璃(施主基板)上刮涂一层荧光材料薄膜;
(2)另取一2.5cm x 2.5cm大小的清洁ITO导电玻璃(受主基板)盖在施主基板上并使其与荧光材料薄膜相接触,调整激光焦距;
(3)通过超快激光、采用合适的激光加工参数在荧光材料薄膜上相应的区域内进行连续扫描使荧光材料薄膜在扫描区域内转移到受主基板上,转移区域为6 x 6个小方格组成的网格状,每个小方格尺寸为2mm x 2mm,相应激光参数为:飞秒模式,重复频率为200kHz,激光功率为15W,振镜扫描速度为1000mm/s,填充间距为16μm。
本实施例步骤(2)中可调换施主基板和受主基板的位置,并保证荧光材料薄膜与受主基板相接触;观察两次转移前后施主基板和受主基板的表面状况,可以发现扫描区域内施主基板上的荧光材料薄膜材料规整地转移到了相应位置,转移后的薄膜状态基本不变。
实施例4
采用本发明所述的超快激光在柔性基板上转移钙钛矿吸光薄膜的方法,包括如下步骤:
(1)在清洗干净的5cm x 5cm大小的含透明导电ITO镀层的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料基板(施主基板)上旋涂钙钛矿薄膜层;
(2)另取两10cm x10cm大小的清洁FTO导电玻璃将施主基板夹在中间且使旋涂了钙钛矿薄膜层的一面朝上,调整激光焦距;
(3)通过超快激光、采用合适的激光加工参数在钙钛矿薄膜上相应的区域内进行连续扫描使钙钛矿薄膜材料在扫描区域内转移到受主基板上,转移区域为6 x 6个小方格组成的网格状,每个小方格尺寸为2mm x 2mm,相应激光参数为:飞秒模式,重复频率为200kHz,激光功率为18W,振镜扫描速度为1000mm/s,填充间距为16μm。
本实施例步骤(2)中可使施主基板的旋涂了钙钛矿薄膜的一面朝下,并保证钙钛矿薄膜与其中一块受主基板相接触;观察两次转移前后施主基板和受主基板的表面状况,可以发现扫描区域内施主基板上的钙钛矿薄膜材料规整地转移到了相应位置,转移后的薄膜状态基本不变。
以上所述的具体实施例表明,用超快激光进行薄膜转移适用于各种金属、高分子、有机物、无机物薄膜材料,对薄膜的载体的适应性很强,在柔性基底或者玻璃基底上都能实现相应薄膜材料的精确转移,薄膜转移后效果图如附图所示。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例,而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种采用超快激光转移薄膜材料的加工方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)在清洁基板上沉积薄膜材料,得到施主基板;
(2)取另一清洁基板作为受主基板,将受主基板与施主基板上的薄膜材料相接触,然后一同放置在激光加工台上,调整激光焦距于合适的位置;
(3)通过超快激光、采用合适的激光加工参数在薄膜材料上相应的区域内进行连续扫描使薄膜材料在扫描区域内转移到受主基板上,完成薄膜材料的加工转移。
2.根据权利要求1所述的加工方法,其特征在于,所述薄膜材料为钙钛矿薄膜材料,所述激光加工参数为:飞秒模式,重复频率为200 kHz,激光功率为14~18W,振镜扫描速度为800~1000 mm/s,填充间距为12~16μm。
3.根据权利要求1所述的加工方法,其特征在于,所述薄膜材料为石墨烯薄膜材料,所述激光加工参数为:飞秒模式,重复频率为200 kHz,激光功率为7~9 W,振镜扫描速度为1000 ~2000 mm/s,填充间距为12~16μm。
4.根据权利要求1所述的加工方法,其特征在于,所述薄膜材料为有机薄膜材料,所述激光加工参数为:飞秒模式,重复频率为 200 kHz,激光功率为15~18 W,振镜扫描速度为1000~4000 mm/s,填充间距为12~16 μm。
5.根据权利要求1所述的加工方法,其特征在于,所述施主基板可以放置在受主基板上方或者下方。
6.根据权利要求1所述的加工方法,其特征在于,所述施主基板和受主基板可选择柔性基板或玻璃基板。
7.根据权利要求6所述的加工方法,其特征在于,所述施主基板和受主基板选自如下:玻璃、透明有机板、单晶、含透明导电掺杂氟的SnO2或氧化铟锡镀层的玻璃基板、含透明导电ITO镀层的聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯塑料基板。
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