CN110570990A - 一种柔性透明导电膜制造装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种柔性透明导电膜制造装置，涉及电子器件制造领域；本发明通过激光切割胶体薄膜技术，按照三角形、矩形与六边形等网格形貌在胶体模板上切割透胶体层得到中尺度的裂纹，后使得基底上的胶体溶液干涸产生微尺度的裂纹，在已产生微尺度与中尺度裂纹的胶体模板上通过磁控溅射技术，将金属沉积在微尺度与中尺度的裂纹内，并将基底上的胶体去除，最后得到基底与覆设在基底上的复合金属网的导电膜；所制备的导电膜导电性优良，能够实现在经过多次弯折后，其电阻值几乎保持不变，其生产流程具有无毒无害，成本低廉，操作简单，可大规模生产，生产的柔性透明导电膜可以替代传统的ITO导电膜，应用于发光电子器件、触控屏面板等电子器件领域。
Description
技术领域
本发明涉及电子器件制造领域，具体而言，涉及一种柔性透明导电膜制造装置。
背景技术
具有优异机械柔性的透明导电电极将成为下一代可穿戴光电子器件的重要部件，在发光器件，光伏电池，触摸屏面板等领域占据越来越重要的地位。锡掺杂氧化铟(ITO)由于其光学透明性，热、化学稳定性，器件兼容性以及发达的制造工艺，已成为学术界和工业界最广泛使用的透明导电膜材料。
尽管已经实现了ITO塑料薄膜的制备，但是因为ITO的脆性特性，它在各种可穿戴光电子器件的应用仍然很有限。此外，铟元素的高昂成本也使得该材料在未来的光电子产品应用中存在很多问题。ITO的潜在替代品包括碳纳米管(CNTs)，石墨烯，导电聚合物，金属纳米线(NWs)，金属网格和金属纳米网络等。尽管碳基TCE材料如CNTs，石墨烯和导电聚合物的表现远远超越ITO在灵活性方面，其固有的低导电性限制了其可用性。另一方面，诸如金属纳米线，金属网和金属纳米网等金属基导电膜表现出良好的光电性能。金属纳米线之间大量的结合点的存在，使得导电膜的阻值较大，限制了其在柔性电子领域的进一步应用。目前大多数的金属纳米网格以光刻技术加镀膜技术制备，光刻技术复杂，成本高，不利于大面积卷对卷生产。
因此，本发明提供一种基于激光切割胶体薄膜技术和胶体开裂技术的柔性透明导电膜的制造装置，可以实现低成本、大面积、可控形貌的制备具有分级结构的柔性透明导电膜。本发明使用胶体溶液干涸产生的裂纹与激光切割胶体复合作为模板，通过控制激光切割的功率，速率，胶体溶液的浓度及干涸的温度湿度等条件，制造出可控形貌并具有分级结构的柔性透明导电膜。
发明内容
本发明目的在于提供一种柔性透明导电膜制造装置，改善现有技术的技术问题。
一种柔性透明导电膜制造装置，包括刮涂机构、胶体切割机构、干涸机构、沉积金属机构与洗涤机构。
进一步地，所述刮涂机构、胶体切割机构、干涸机构、沉积金属机构与洗涤机构按照流水线方向依次排列设置。
进一步地，所述刮涂机构的作用在于将基底上多余的胶体层刮除，实现在基底上均匀涂覆胶体层。
进一步地，所述刮涂机构包括刮涂平台、刮涂模板、凹槽、刮涂刀与刮涂刀架，所述刮涂平台上放置有刮涂模板，所述刮涂模板上形成有放置导电膜基底的凹槽。
进一步地，所述刮涂模板上凹槽的深度大于导电膜的厚度。
进一步地，所述凹槽的深度等于导电膜的厚度与胶体层的厚度之和。
进一步地，所述刮涂刀通过刮涂刀架设于刮涂模板上方。
进一步地，所述刮涂刀架底端设有刮涂刀架滑轨，所述刮涂刀架滑轨两侧设有轨道限位块。
进一步地，所述胶体切割机构的作用在于对基底上的胶体层进行切割。
进一步地，所述胶体切割机构包括电脑控制的激光切割装置。
进一步地，所述激光切割装置包括切割平台、限位块、激光切割刀滑轨与激光切割刀，所述切割平台上固定设有限位块，所述激光切割刀通过激光切割刀滑轨设于切割平台上方。
进一步地，所述干涸机构的作用在于通过控制环境气压、温度与湿度使基底上的胶体层干涸开裂产生微米级的裂纹。
进一步地，所述干涸机构包括可调节环境气压、温度与湿度的箱体。
进一步地，所述沉积金属机构的作用在于在胶体层表面沉积金属。
进一步地，所述沉积金属机构包括磁控溅射仪。
进一步地，所述磁控溅射仪包括旋转台、阳极、阴极与金属靶，所述旋转台设有阳极，所述旋转台正上方装设有阴极与金属靶，所述阴极与金属靶与固定贴合。
进一步地，所述磁控溅射仪还包括真空系统与氩气。
进一步地，所述洗涤机构包括的作用在于将基底上的胶体层洗涤去除。
进一步地，所述洗涤机构包括洗涤槽与置于洗涤槽内的洗涤液。
进一步地，所述洗涤槽为超声波洗涤槽。
进一步地，所述洗涤液为无水乙醇或者去离子水。
进一步地，制造装置还包括装设于刮涂机构、胶体切割机构、干涸机构、沉积金属机构与洗涤机构上方的抓取机构。
进一步地，所述抓取机构包括抓取夹、伸缩升降杆与滑动轨道，所述伸缩升降杆底端与抓取夹相连接，所述伸缩升降杆上端与滑动轨道滑动连接。
进一步地，所述基底为柔性薄膜。
进一步地，柔性薄膜为高分子聚合物薄膜、植物纤维薄膜与金属箔片中的任意一种或两种以上的任意组合。
进一步地，所述胶体为氧化物涂层。
进一步地，氧化物涂层为TiO2与SiO2中的任意一种或者两种组合加入无水乙醇溶液中搅拌制得。
有益效果：
本发明提供一种柔性透明导电膜制造装置，通过在不同柔性基底上涂覆胶体溶液，胶体溶液干涸产生裂纹，辅以激光切割胶体模板技术，制备出具有分级结构的胶体掩膜板，然后使用磁控溅射技术以及超声处理的方法，制备出分级结构的柔性透明导电膜，并且所制备的柔性透明导电膜的导电性优良，能够实现导电膜在经过多次弯折后，其电阻值几乎保持不变，制造装置具有无毒无害，成本低廉，操作简单，可大规模生产的有优点，生产的柔性透明导电膜可以替代传统的ITO导电膜，应用于发光电子器件，光伏电池，触控屏面板等可穿戴光电子器件领域。
附图说明
图1是本发明一种柔性透明导电膜制造装置第一实施例的结构示意图；
图2是本发明一种柔性透明导电膜制造装置刮涂机构的结构示意图；
图3是本发明一种柔性透明导电膜制造装置胶体切割机构的结构示意图；
图4是本发明一种柔性透明导电膜制造装置沉积金属机构的结构示意图；
图5是本发明一种柔性透明导电膜制造装置第二实施例的结构示意图；
图6是通过本发明所制得柔性透明导电膜的光学显微镜图；
图7是本发明所制得在透光为90％情况下不同形状且具有分级结构的导电膜的方阻与透光率的关系图；
图8是本发明所制得柔性透明导电膜在曲率为0.2cm时的弯曲测试结果图；
图9是本发明所制得柔性透明导电膜在不同曲率下弯折500次的弯曲测试结果图。
图中：抓取机构-1、抓取夹-101、伸缩升降杆-102、滑动轨道-103、刮涂机构-2、刮涂平台-201、刮涂模板-202、凹槽-203、刮涂刀-204、刮涂刀架-205、刮涂刀架滑轨-206、轨道限位块-207、胶体切割机构-3、切割平台-301、限位块-302、激光切割刀滑轨-303与激光切割刀-304、干涸机构-4、沉积金属机构-5、旋转台-501、阳极-502、阴极-503、金属靶-504、洗涤机构-6。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1.
本发明提供一种柔性透明导电膜制造装置，包括刮涂机构2、胶体切割机构3、干涸机构4、沉积金属机构5与洗涤机构6。
进一步的，所述制造装置还包括：装设于刮涂机构2、胶体切割机构3、干涸机构4、沉积金属机构5与洗涤机构6上方的抓取机构1，在导电膜制造过程中，通过抓取机构1能够将半成品运送至下一机构进行加工处理。
具体的，所述抓取机构1包括抓取夹101、伸缩升降杆102与滑动轨道103，所述伸缩升降杆102底端与抓取夹101相连接，所述伸缩升降杆102上端与滑动轨道103滑动连接，通过抓取夹101对导电膜半成品进行抓取，通过伸缩升降杆102控制抓取夹101的高度，最后通过滑动轨道103将半成品在各个加工机构中进行运送。
所述刮涂机构2包括刮涂平台201、刮涂模板202、凹槽203、刮涂刀204与刮涂刀架205，所述刮涂平台201上放置有刮涂模板202，所述刮涂模板202上形成有放置导电膜基底的凹槽203，所述刮涂刀204通过刮涂刀架205设于刮涂模板202与上方相切，在制造过程中，将导电膜的基底放入刮涂模板202的凹槽203内，并在基底上涂覆一层胶体，通过刮涂刀204将多余的胶体刮除，凹槽203的深度减去基底厚度即为胶层厚度。
在本发明中，导电膜基底为柔性薄膜，优选的，柔性薄膜为高分子聚合物薄膜、植物纤维薄膜与金属箔片中的任意一种或两种以上的任意组合；胶体为氧化物涂层，优选的，氧化物涂层为TiO2与SiO2中的任意一种或者两种组合加入无水乙醇溶液中搅拌制得。
进一步的，所述刮涂刀架205底端设有刮涂刀架滑轨206，所述刮涂刀架滑轨206两侧设有轨道限位块207，刮涂刀架滑轨206方便通过刮涂刀架205控制刮涂刀204在刮涂模板202上来回移动对多余的胶体刮除，轨道限位块207对刮涂刀架205的移动距离进行限位，防止刮涂刀架205脱离轨道。
通过刮涂机构2能够实现在导电膜基底上刮涂一层胶体，刮涂后胶体的基底通过抓取机构1抓取并送至胶体切割机构3。
所述胶体切割机构3包括电脑控制的激光切割装置，通过胶体切割机构3能够对基底上的胶体进行切割。
具体的，所述激光切割装置包括切割平台301、限位块302、激光切割刀滑轨303与激光切割刀304，所述切割平台301上固定设有限位块302，所述激光切割刀304通过激光切割刀滑轨303设于切割平台301上方，通过电脑控制切割的网格形貌为六边形，四边形与三角形中的任意一种或者两种以上的任意组合，其切割的加工线间距200-1000μm，线宽40-200μm，激光切割机切割速率为80mm/s。
通过胶体切割机构3切割加工胶体形成网格形貌能够使得胶体形成中尺度的裂纹。
进一步的，将经过激光切割后的半成品通过抓取机构1抓取并送至干涸机构4。
具体的，所述干涸机构4包括可调节环境气压、温度与湿度的箱体，通过控制箱体内的气压1*10-3Pa、湿度为55％以下、温度为50～70℃，优选为气压1*10-3Pa，湿度为40～50％，以及温度为55～60℃，能够使基底上的胶体薄膜干涸开裂产生微米级的裂纹模板；可以理解，通过控制环境参数的变化可以使氧化物涂层产生不同的微尺度裂纹。
此时胶体上产生了中尺度激光切割与微尺度干涸的裂纹，进一步的，通过抓取机构1抓取将此时的导电膜半成品送至沉积金属机构5。
所述沉积金属机构5包括磁控溅射仪，具体的，所述磁控溅射仪包括旋转台501、阳极502、阴极503与金属靶504，所述旋转台501设有阳极502，所述旋转台501正上方装设有阴极503与金属靶504，所述阴极503与金属靶504与固定贴合，将金属银作为金属靶504固定在阴极503上，基底置于正对靶面的阳极502上，金属靶504距离基片为6cm，装置抽至高真空后冲入气体通常为氩气，在阳极502与阴极503间加几千伏电压，两极间即产生辉光放电，放电产生的正离子在电场作用下飞向阴极503，与金属靶504表面原子碰撞，受碰撞从靶面逸出的靶原子成为溅射原子，溅射原子在胶体的中尺度与微尺度的裂纹内沉积成膜。
进一步的，在溅射过程中，控制磁控溅射仪中的真空度为1x10-5Pa,高纯氩气的流量为50cm3/min，磁控溅射氩气的气压为0.5Pa,溅射功率为50W，沉积束流垂直于样品表面入射，且样品台以5r/min的转速旋转，溅射时间为20min。
最后，将经过磁控溅射沉积金属的基底与胶体通过抓取机构1抓取并送至洗涤机构6，将基底上的胶体去除，最后得到基底与沉积金属的复合金属网结构的柔性透明导电膜成品，
具体的，所述洗涤机构6包括洗涤槽与置于洗涤槽内的洗涤液，所述洗涤槽为超声波洗涤槽。
所述洗涤液为无水乙醇或者去离子水，可以将溅射后的薄膜浸没于无水乙醇中，实现去除胶体的目的，从而烘干得到所述柔性透明导电膜；或者将溅射后的薄膜在去离子水中超声洗涤20s，去除胶体并取出，烘干得到所述柔性透明导电膜。
在本发明中，先通过激光切割胶体薄膜技术，按照三角形、矩形与六边形等网格形貌在胶体模板上切割透胶体层得到中尺度的裂纹，后通过控制环境的温度、湿度与气压，使得基底上的胶体溶液干涸产生微尺度的裂纹，并在已产生微尺度与中尺度裂纹的胶体模板上通过磁控溅射技术，将金属沉积在微尺度与中尺度的裂纹内，并将基底上的胶体去除，中尺度的裂纹沉积金属后去除胶体后形成第一金属网结构，微尺度的裂纹沉积金属后去除胶体后形成第二金属网结构，第一金属网与第二金属网组合形成复合金属网结构，最后得到的导电膜为基底与覆设在基底上的复合金属网的结构；本发明所制备的柔性透明导电膜的导电性优良，能够实现导电膜在经过多次弯折后，其电阻值几乎保持不变，其生产流程具有无毒无害，成本低廉，操作简单，可大规模生产的有优点，生产的柔性透明导电膜可以替代传统的ITO导电膜，应用于发光电子器件，光伏电池，触控屏面板等可穿戴光电子器件领域。
实施例2.
第二实施例与第一实施例的步骤大抵相同，其区别在于，本实施例中，先通过干涸机构4控制环境的温度、湿度与气压，使得基底上的胶体溶液干涸产生微尺度的裂纹，后通过胶体切割机构3激光切割胶体薄，按照三角形、矩形与六边形等网格形貌在胶体模板上切割透胶体层得到中尺度的裂纹。
本发明实施例2所提供的，其实现原理及产生的技术效果和实施例1相同，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考实施例1中相应内容。
测试：
图7为通过本发明所制得的导电膜在透光率为90％情况下不同网格形貌的导电膜方阻与透光率的关系图，可以看到在理论透光相同情况下，不同的形状具有不同的透光性和导电性，六边形结构为最优的透光导电结构；
图8为通过本发明所制备的柔性透明导电膜在曲率为0.2cm时的弯曲测试结果，在经过500次的弯折后，电阻值几乎保持不变。
图9为通过本发明所制备的柔性透明导电膜在不同曲率下弯折500次的弯曲测试结果图。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种柔性透明导电膜制造装置，其特征在于，包括刮涂机构、胶体切割机构、干涸机构、沉积金属机构与洗涤机构。
2.根据权利要求1所述的一种柔性透明导电膜制造装置，其特征在于，所述刮涂机构、胶体切割机构、干涸机构、沉积金属机构与洗涤机构按照流水线方向依次排列设置。
3.根据权利要求1所述的一种柔性透明导电膜制造装置，其特征在于，所述沉积金属机构包括磁控溅射仪。
4.根据权利要求3所述的一种柔性透明导电膜制造装置，其特征在于，所述磁控溅射仪包括旋转台、阳极、阴极与金属靶，所述旋转台设有阳极，所述旋转台正上方装设有阴极与金属靶，所述阴极与金属靶与固定贴合。
5.根据权利要求4所述的一种柔性透明导电膜制造装置，其特征在于，所述磁控溅射仪还包括真空系统与氩气进口。
6.根据权利要求1所述的一种柔性透明导电膜制造装置，其特征在于，还包括装设于刮涂机构、胶体切割机构、干涸机构、沉积金属机构与洗涤机构上方的抓取机构。
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