CN109980028B - 三维微结构表面电诱导制备透明导电纳米线网格薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了三维微结构表面电诱导制备透明导电纳米网格薄膜的方法，在基底上表面加工出三维微结构，将导电纳米线加入不导电分散剂中充分混合形成分散液，将所得基底上表面向上置于分散液中并缓慢向上提拉，在提拉过程中，分散液中的导电纳米线靠近基底上表面的三维微结构表面，并被该表面的静电荷吸附而附着在该表面，随着提拉距离增加，三维微结构表面导电纳米线逐渐积累，相互搭接形成网格薄膜；该网格薄膜厚度达到要求后从分散液中取出基底，并用激光焊接方式增强导电纳米线之间的连接力以及导电纳米线和三维微结构表面的附着力；所得网格的网孔可以透光，而构成网格导电纳米线可以形成电通路，即实现三维微结构表面透明导电纳米网格薄膜的制备。
Description
技术领域
本发明属于光电探测技术领域，具体涉及三维微结构表面电诱导制备透明导电纳米线网格薄膜的方法。
背景技术
光电探测器的作用是将光学信号转变成电学信号，其基本原理是敏感材料在光波作用下产生光生载流子，所产生的的光生载流子被电极收集向外电路流出形成光电流。光电探测器具有广泛用途,例如成像、探测、工业自动控制和光度计量等。在光电探测器中，电极是必不可少的元件。目前广泛应用的多数光电探测器中的电极是制作在平面结构上的，是一种成熟技术。然而随着光电探测器件的发展，在三维微结构表面制作透明电极成为重要需求，这需要解决复杂曲面的连续覆盖问题以及电极透明两个问题。常用的溅射、蒸镀等方法可以在一定范围内实现台阶覆盖等三维微结构表面金属薄膜电极制备。然而金属薄膜厚度太小则难以形成可靠的连续电通路，电阻急剧增大，厚度大则透光率明显减小，难以兼顾良好的透光率和可靠的电通路。
发明内容
为解决以上问题，本发明提出一种在三维微结构表面电诱导制备透明导电纳米线网格薄膜的方法，该方法可以在多种三维微结构表面制备连续覆盖的透明导电薄膜，所得透明导电薄膜质量高，制备效率高，成本低。
为实现以上目的，本发明采用如下方案。
三维微结构表面电诱导制备透明导电纳米线网格薄膜的方法，包括以下步骤。
制备上表面具有三维微结构2的基底1，并使三维微结构2表面带静电荷：首先在基底1上表面加工出三维微结构2，构成基底1的材料为半导体或绝缘体；或者在导体材料构成的基底1上表面的三维微结构2的表面覆盖一层半导体或绝缘体，总之所述的三维微结构2的表面材料为半导体或者绝缘体。采用电晕荷电等方式让三维微结构2表面带静电荷，静电荷被束缚在表面附近。
制备分散质为导电纳米线4的分散液3：在绝缘的容器内盛放不导电的易挥发分散剂，将导电纳米线4加入不导电的易挥发分散剂中，通过超声振荡等方式在易挥发分散剂中形成导电纳米线4的分散液3。所述的导电纳米线4为碳纳米管或者导电金属纳米线等，可根据导电纳米线4材料密度不同选择不同的易挥发溶剂。
采用电诱导方式在三维微结构2表面附着导电纳米线：将上表面具有三维微结构2的基底1浸没在分散液3中，基底1上表面向上，然后缓慢向上平行提拉基底1，使导电纳米线4均匀的靠近并附着在三维微结构2表面；三维微结构2表面的电荷在分散液中建立静电场，分散液中三维微结构2表面附近的导电纳米线在静电场的作用下发生极化并在三维微结构2表面电荷的静电吸引力作用下向着三维微结构2表面运动直到附着在该表面。附着到三维微结构2表面的导电纳米线随机搭接，构成网格薄膜5，网格中间是网孔，其网孔尺寸与导电纳米线长度及导电材料纳米线悬浮液的浓度有关，网孔可以透过光波，网格线能够导电。
待所述导电纳米线4构成的网格薄膜5厚度满足要求后，将基底1提拉出液面，进行烘干，烘干后采用激光对导电纳米线4构成的网格薄膜5进行焊接。
该方法适用范围广，基底1上表面的三维微结构可以是多种形状，例如方柱阵列、圆柱阵列、棱台阵列、圆锥阵列、尖锥阵列、黑硅等。
在三维微结构2表面上的导电纳米线4随机搭接，构成网格薄膜5，网格中间是网孔，其网孔尺寸与导电纳米线4长度及所述分散液3的浓度有关，网孔可以透过光波，网格线能够导电，即实现三维微结构2表面制备透明导电的网格薄膜5的制备。
根据所要制备网格薄膜5的厚度确定所述分散液3的浓度、基底1在分散液3中的浸没深度及浸没时间。
选择不同长度的导电纳米线4可以实现不同的透光性能和导电性能。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
1、实现在三维微结构表面制备同时保证透光性和导电性的薄膜。
2、可以在多种三维微结构表面制备透明导电薄膜，包括规则三维结构表面和黑硅等不规则三维结构表面。
3、采用电诱导方式实现导电纳米线网格薄膜制备，薄膜与三维结构表面附着效果好。
4、制备工艺步骤简单，可靠性高，成本低。
附图说明
图1制作透明导电纳米网格薄膜所用的三维基底示意图。
图2三维微结构表面电诱导制备透明导电纳米网格薄膜过程示意图。
图3电诱导制备纳米网格薄膜微观原理示意图。
图4制得的覆盖在三维微结构表面的透明导电的网格薄膜。
实施案例
下面结合附图与具体实施案例对本发明一种高效可见光探测结构及制作方法作进一步说明。
本发明一种三维微结构表面电诱导制备透明导电纳米线网格薄膜的方法，具体如下：
如图1所示，制备上表面具有三维微结构2的基底1：基底1的材料可以是刚性的，也可以柔性的，此处以刚性材料为例说明；所述三维微结构2可以是多种形状，例如圆锥阵列、方柱阵列、随机形状等，此处以顶部圆弧锥状阵列为例进行说明。基底1的材料导电与否均可，如果基底1的材料是半导体或者绝缘体，则直接在基底1上表面加工出三维微结构2即可；如果是导体，则在基底1上表面加工出三维微结构2之后在所述三维微结构2表面覆盖一层绝缘材料。优选的，本实施例以单晶硅为例作为基底1的材料进行说明。
在单晶硅片上表面采用干法刻蚀方法制备出三维微结构2，所得单晶硅片即为基底1。采用电晕荷电方式使基底1上表面的三维微结构2表面带有静电荷，所述静电荷被约束在三维微结构2表面。
如图2所示，采用电诱导方式在基底1上表面的三维微结构2表面制备导电纳米线4构成的网格薄膜5。
制备分散质为导电纳米线4的分散液3：在绝缘的容器内盛放不导电的易挥发分散剂，将导电纳米线4加入不导电的易挥发分散剂中，通过超声振荡等方式在易挥发分散剂中形成导电纳米线4的分散液3。所述的导电纳米线4为碳纳米管或者导电金属纳米线等，可根据导电纳米线4材料密度不同选择不同的易挥发溶剂。
将上表面具有三维微结构2的基底1浸没在分散液3中，基底1上表面向上，然后缓慢向上平行提拉基底1，使导电纳米线4均匀的靠近并在电诱导作用下附着在三维微结构2表面。
更具体的，如图3所示，采用电诱导方式在三维微结构2表面附着导电金属纳米线的微观原理为：三维微结构2表面的电荷在分散液中建立静电场，分散液中三维微结构2表面附近的导电纳米线在静电场的作用下发生极化并在三维微结构2表面电荷的静电吸引力作用下向着三维微结构2表面运动直到附着在该表面。附着到三维微结构2表面的导电纳米线随机搭接，构成网格薄膜5，网格中间是网孔，其网孔尺寸与导电金属纳米线长度及导电材料纳米线悬浮液的浓度有关，网孔可以透过光波，网格线能够导电。
导电纳米线构4成的网格薄膜5厚度满足要求，将基底1提拉出液面，进行烘干，烘干后用激光焊接方式增强导电纳米线4之间的连接力以及导电纳米线4和三维微结构2表面的附着力。
Claims (6)
1.三维微结构表面电诱导制备透明导电纳米线网格薄膜的方法，其特征在于：包括以下步骤：
在基底(1)上表面加工出三维微结构(2)，然后采用电晕荷电的方式使所述三维微结构(2)表面带静电荷；
采用导电纳米线(4)与不导电液体分散剂配制以导电纳米线(4)为分散质的分散液(3)；
将基底(1)上表面向上置于分散液(3)中并缓慢向上提拉，使所述分散液(3)中的导电纳米线(4)靠近三维微结构(2)表面并被该表面的静电荷吸附，从而附着在该表面；
三维微结构(2)表面附着的导电纳米线(4)相互随机搭接形成网格薄膜(5)，该网格薄膜(5)厚度达到要求后，将基底(1)提拉出分散液(3)的液面，对基底(1)进行烘干，然后用激光焊接方式增强导电纳米线之间的连接力以及导电纳米线和三维微结构表面的附着力；网格薄膜(5)的网格中间是网孔，其网孔尺寸与导电纳米线(4)长度及所述分散液(3)的浓度有关，网孔能够透过光波，网格线能够导电，即实现三维微结构(2)表面电诱导制备透明导电纳米网格薄膜的制备。
2.根据权利要求1所述三维微结构表面电诱导制备透明导电纳米线网格薄膜的方法，其特征在于：所述的三维微结构(2)的表面材料为绝缘体或者半导体。
3.根据权利要求1所述三维微结构表面电诱导制备透明导电纳米线网格薄膜的方法，其特征在于：所述的导电纳米线(4)为碳纳米管或者导电金属纳米线。
4.根据权利要求1所述三维微结构表面电诱导制备透明导电纳米线网格薄膜的方法，其特征在于：所述的基底(1)上表面的三维微结构(2)的形状为方柱阵列、圆柱阵列、棱台阵列、尖锥阵列或黑硅。
5.根据权利要求1所述三维微结构表面电诱导制备透明导电纳米线网格薄膜的方法，其特征在于：根据所要制备网格薄膜(5)的厚度确定所述分散液(3)的浓度、基底(1)在分散液(3)中的浸没深度及浸没时间。
6.根据权利要求1所述三维微结构表面电诱导制备透明导电纳米线网格薄膜的方法，其特征在于：选择不同长度的导电纳米线(4)能够实现不同的透光性能和导电性能。
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