CN113539811A - 导电图案结构及其制备方法与图案化的基底 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种导电图案结构及其制备方法与图案化的基底。在导电图案结构的制备方法中，通过飞秒激光扫描基底表面，使基底表面形成高精度的预设三维图案，再以高精度的预设三维图案制备导电图案结构，可以提高导电图案结构的精度；同时在飞秒激光扫描过程中会使基底由平整表面转变为粗糙表面，有利于提高导电墨水在基底上的润湿性，从而有利于导电墨水铺展于所述图案化的基底表面上，提高导电图案结构的良率。
Description
技术领域
本申请涉及导电图案技术领域，具体涉及一种导电图案结构及其制备方法与图案化的基底。
背景技术
自导电聚合物出现以来，其优良的性质在学术界和商业界引起了广泛关注。导电聚合物是一种通过掺杂物质而使导电率大幅度提高、具有优异的机械柔性且可具备其他性质的聚合物，其兼有聚合物和金属特性。因为导电聚合物容易加工、易于合成、具有良好的稳定性、制作成本低且机械柔性好等优点。因此，研究人员希望通过导电聚合物制备的电路能够代替金属氧化物电路，以改善金属氧化物制成的电路的延展性较差，容易发生断裂的问题。
通常，导电聚合物需要制作成导电图案结构，再运用于显示器件、存储器件、集成电路、高敏度传感器等电子设备中。目前，导电图案结构多采用基底镀膜或光刻的方式进行制备，存在制备的成品精度不高的问题。
发明内容
基于此，为了解决或改善现有技术的问题，本申请提供一种导电图案结构及其制备方法与图案化的基底，可以提高导电图案结构的精度。
第一方面，提供一种导电图案结构的制备方法，其中，包括：
提供基底；
在所述基底表面的第一预设区域和第二预设区域分别进行第一飞秒激光扫描和第二飞秒激光扫描，在基底表面形成预设三维图案，得到图案化的基底；
将导电墨水铺展于所述图案化的基底表面上，固化后形成导电图案结构。
其中的一个实施方式中，所述在所述基底表面的第一预设区域和第二预设区域分别进行第一飞秒激光扫描和第二飞秒激光扫描包括：
将所述基底表面预先划分为第一预设区域和第二预设区域；
对所述第一预设区域进行所述第一飞秒激光扫描，未被第一飞秒激光扫描到的所述基底表面区域为第二预设区域，所述第二预设区域向所述基底的外侧凸出形成预设三维图案；
对所述第二预设区域进行所述第二飞秒激光扫描，使所述第二预设区域相对所述第一预设区域向所述基底的外侧凸出形成预设三维图案，其中，第一飞秒激光扫描的扫描次数大于第二飞秒激光扫描的扫描次数。
其中的一个实施方式中，所述将导电墨水铺展于所述图案化的基底表面上包括：
提供导电墨水；
将导电墨水置于在所述图案化的基底表面的预设位置，经过预设时间后导电墨水铺展于所述图案化的基底表面上；
其中，所述图案化的基底表面的形状为矩形或圆形，所述预设位置为所述图案化的基底表面的中心位置。
其中的一个实施方式中，所述导电墨水的制备方法包括：
提供聚(3，4～乙烯二氧噻吩)与聚苯乙烯磺酸盐的水溶液；
向所述水溶液中添加二甲基亚砜，得到半成的配制溶液，其中，所述半成的配制溶液中二甲基亚砜的质量百分数为1％～10％；
再将所述半成的配制溶液与水按质量比1:0.5～2进行混合，超声分散10～20分钟之后，得到所述导电墨水。
其中的一个实施方式中，所述固化后形成导电图案结构包括：
将铺展有所述导电墨水的基底置于90～120℃环境6～10分钟，使所述导电墨水固化形成导电图案结构。
其中的一个实施方式中，所述第一飞秒激光扫描的工艺参数包括：扫描速度设置为300～500mm/s、波长设置为450～600nm、填充密度设置为0.01mm、功率设置为3000～5000mW和扫描次数设置为3～6次；
所述第二飞秒激光扫描的工艺参数包括：扫描速度为300～500mm/s，波长设置为450～600nm、填充密度设置为0.02mm、功率设置为1500～3000mW和扫描次数设置为1～2次。
其中的一个实施方式中，所述预设三维图案包括阵列排布的多个三维结构单元，所述三维结构单元的截面形状为正方形、三角形、条纹中的一种或多种；
所述三维结构单元的高度为0.03～0.06mm，所述截面形状包括长度为0.2～0.4mm的边。。
其中的一个实施方式中，所述基底为硅片。
第二方面，提供一种图案化的基底，包括：所述基底的表面具有第一预设区域和第二预设区域，其中，所述第二预设区域相对所述第一预设区域向所述基底的外侧凸出在基底上形成预设三维图案；
第一预设区域的表面和第二预设区域的表面均具有通过飞秒激光扫描加工形成的粗糙表面。
第三方面，提供一种导电图案结构，其中，包括如上所述的图案化的基底和导电结构，所述导电结构所述构成的导电图案与所述的图案化的基底上的预设三维图案相配合，且所述导电图案为导电墨水固化后形成。
上述导电图案结构的制备方法中，通过飞秒激光扫描基底表面，使基底表面形成高精度的预设三维图案，再基于高精度的预设三维图案制备导电图案结构，可以提高导电图案的精度；同时在飞秒激光扫描过程中会使基底由平整表面转变为粗糙表面，有利于提高导电墨水在基底上的润湿性，从而有利于导电墨水铺展于所述图案化的基底表面上，提高导电图案结构的良率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解的是，下面描述中的附图仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本申请一实施例中导电图案结构的制备方法流程示意图
图2是本申请一实施例中基底上第一预设区域和第二预设区域的示意图；
图3是本申请一实施例中图案化的基底的示意图；
图4是本申请一实施例中预设三维图案为条纹阵列结构的图案化的基底的3D显微镜图；
图5是本申请一实施例中预设三维图案为三角形阵列结构的图案化的基底的3D显微镜图；
图6是本申请一实施例中经飞秒激光扫描后的基底表面的3D显微镜图；
图7是本申请一实施例中将导电墨水滴到图案化的基底表面后1s至8s的液滴铺展示意图。
图8是本申请一实施例中导电结构的示意图；
图9是本申请一实施例中导电墨水固化形成的导电结构的显微图。
具体实施方式
下面结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本申请一实施例的导电图案结构的制备方法流程示意图。请参阅图1，该导电图案结构的制备方法包括步骤10至步骤30。
步骤10、提供基底；
步骤20、在基底表面的第一预设区域和第二预设区域分别进行第一飞秒激光扫描和第二飞秒激光扫描，在基底表面形成预设三维图案，得到图案化的基底；
步骤30、将导电墨水铺展于图案化的基底表面上，固化后形成导电图案结构。
本实施例导电图案结构的制备方法中，通过飞秒激光扫描基底表面，使基底表面形成高精度的预设三维图案，再以高精度的预设三维图案制备导电图案结构，可以提高导电图案的精度；同时在飞秒激光扫描过程中会使基底由平整表面转变为粗糙表面，有利于提高导电墨水在基底上的润湿性，从而有利于导电墨水铺展于所述图案化的基底表面上，提高导电图案结构的良率。
请参见图1至图3、以及图7至图9在一个具体导电图案结构的制备方法，包括步骤：
提供基底100，所述基底100为硅片；
在所述基底100表面的第一预设区域101和第二预设区域102分别进行第一飞秒激光扫描和第二飞秒激光扫描，在所述基底100表面形成预设三维图案，得到图案化的基底200，并使得所述图案化的基底200表面具备超润湿特性；未被第一飞秒激光扫描到的所述基底100表面区域为第二预设区域102，第一飞秒激光扫描的深度大于第二飞秒激光扫描的深度(即第一预设区域101被激光扫描后的深度大于第二预设区域102中被激光扫描后的深度)使第二区域向基底100的外侧凸出形成预设三维图案；
将导电墨水铺展于所述基底100带有预设三维图案的表面上，固化后形成导电图案结构。
在飞秒激光扫描过程中会使基底100由平整表面转变为粗糙表面，具体在表面基底100形成如图6所示的纳米级的凸起结构，有利于提高导电墨水在基底100上的润湿性，从而有利于导电墨水铺展于所述图案化的基底200表面上，提高导电图案结构的良率。
具体地，本实施例通过使用飞秒激光在基底100表面加工出预设三维图案，能够极大增强基底100表面对导电墨水的表面湿润性，将导电墨水置于在基底100表面时由于基底100表面超强湿润性使导电溶液迅速铺展开，铺展后形成导电图案。本实施例对基底100表面加工预设三维图案时采用飞秒激光可以克服精度不高的问题；通过飞秒激光处理极大增强基底100表面对导电墨水的表面湿润性有利于克服导电墨水难以铺展或铺展时间长、导电墨水与基底100表面之间残留气泡、铺展形成的导电墨水层厚度差异大等问题。相比于其他加工方法，飞秒激光具有加工精度高、分辨率高、冷加工和加工灵活等优势，实现了功能性导电图案结构的制备，且具有加工方法简易、精度高的特点。可见，导电图案结构的制备方法有利于解决现有导电图案结构制备方法中，图案精度不高、加工过程复杂、导电材料层厚度不均匀等问题。
步骤10中，基底100是用于通过飞秒激光刻写预设三维图案的材料。通常，基底100为片状基底100或块状基底100(板状基底100)，具有较为平整的表面。
具体地，基底100可以是一种高表面能的材料，本身即具有一定的亲水性能。可选地，所述基底100的表面能大于1.0J/m2。其中的一个实施方式中，所述基底100为硅片，有利于以水为主要溶剂的导电墨水在基底100表面快速铺展。此外，对于以有机溶剂为主要溶剂的导电墨水，基底100还可以采用亲油性的基底100。
步骤20中，图案化的基底200为表面具有预设三维图案的基底100。预设三维图案(预设立体图案)在图案化的基底200中的区域范围是根据导电图案进行确定的。具体地，首先根据需要设计导电图案，再根据导电图案确定预设三维图案在图案化的基底200中的区域范围。例如预设三维图案的范围为图案化的基底200的一整个表面或部分表面，在预设三维图案范围内，形成有多个三维结构单元阵列。可选地，三维结构单元阵列形成于第二预设区域中。
可以理解的是，预设三维图案包括第一预设区域、第二预设区域以及扫描过程中形成的三维结构单元112的侧表面。图案化的基底200的第一预设区域、第二预设区域以及三维结构单元112的侧表面都是润湿性的。具体被第一飞秒激光扫描和第二飞秒激光扫描过的区域都形成纳米尺度的粗糙，同时三维结构单元112本身是微米尺度结构，因此，图案化的基底200整个表面都具有超润湿性。而与被飞秒激光加工过的区域相比，完全未被飞秒激光加工过的区域润湿性会差很多，所以导电墨水集中分布在飞秒激光加工过的区域。举例地，在基底上在某一个区域内刻写了预设三维图案，那么整个预设三维图案都是具有超润湿性的。
其中的一个实施方式中，所述预设三维图案包括阵列排布的多个三维结构，即所述预设三维图案为包含多个三维结构单元112阵列排布的图案。具体地，所述三维结构单元112的截面形状为正方形、三角形、条纹中的一种或多种三维结构单元112。如图2为图案化的基底200示意图，且包含三维结构单元112截面形状为三角形的预设三维图案。截面为与基底100厚度方向垂直的平面。
其中的一个实施方式中，所述截面形状中包括边的长度为0.2～0.4mm的边长，例如所述截面形状中最短边的边长为0.2～0.4mm，会在基底100表面形成由微米级尺度的边长和纳米级尺度的凸起组成的粗糙结构，有利于该区域的润湿性变得更强。即在基底100表面形成一种微纳米多级粗糙结构，使基底100对导电墨水的吸附性增强，以及减小导电墨水与基底100表面的接触角。
在制备过程中，通过飞秒激光扫描基底100，根据预设图案在基底100表面进行刻写，从而形成预设三维图案。可以理解的是，在飞秒激光扫描基底100的过程中会对基底100表面进行烧蚀，使预设三维图案具有一定的高度，即预设三维图案是一种三维立体结构，并非是一种平面图案。其中的一个实施方式中，预设三维图案中三维结构单元112的高度(也可以称为三维结构单元112的厚度)为0.03～0.06mm，例如0.05mm。在基底100表面，形成由微米级别的预设三维图案高度和纳米级别上凸起组成的粗糙结构，会使表面的润湿性变得更强，有利于快速获取导电图案结构。
为在基底100的表面上形成预设三维图案，在进行飞秒激光扫描时需要根据基底100表面的不同区域采用不同的参数进行飞秒激光扫描。通过不同的参数的飞秒激光的扫描会使基底100表面形成不同深浅区域，即在基底100表面形成预设三维图案。可选地，不同的参数的飞秒激光扫描具体可以体现在飞秒激光扫描时的扫描的次数不同，扫描次数越多基底100表面雕刻的越深。
在一个实施方式中，将基底100表面划分为两个区域，即第一预设区域101和第二预设区域102。一般地，第一预设区域101和第二预设区域102位于基底100的同一表面上。如图3所示，第二预设区域102为基底100的第一表面上虚线围成的多个三角形阵列区域，第一预设区域101为基底100的第一表面上排除第二预设区域102的剩余区域。即，在加工过程中，未被第一飞秒激光扫描到的所述基底100表面区域为第二预设区域102，所述第二预设区域102相对第一预设区域101向所述基底100的外侧凸出在基底的一侧形成预设三维图案
其中的一个实施方式中，所述在所述基底100表面的第一预设区域101和第二预设区域102分别进行第一飞秒激光扫描和第二飞秒激光扫描包括：
步骤21、将所述基底100表面预先划分为第一预设区域101和第二预设区域102；
步骤22、对所述第一预设区域101进行所述第一飞秒激光扫描；
步骤23、对所述第二预设区域102进行所述第二飞秒激光扫描，使所述第二预设区域相对所述第一预设区域向所述基底的外侧凸出形成预设三维图案，其中，第一飞秒激光扫描的扫描次数大于第二飞秒激光扫描的扫描次数。
步骤21是根据导电图案在基底100表面第一预设区域101和第二预设区域102，其中，第一预设区域101为除第二预设区域102以外的基底100表面区域，第二预设区域形成凸出的三维结构单元112，第一预设区域形成相对凹陷的区域。可选地，第二预设区域102的形状为预设三维图案中三维结构单元112的截面形状的阵列，如图3中三角阵列虚线区域所示。
步骤22是通过对基底100的第一预设区域101进行第一飞秒激光扫描，使基底100的第一预设区域101被激光部分烧蚀，导致第一预设区域101厚度减小，从而使基底100表面的第二预设区域102相对第一预设区域101向外侧凸出，形成预设三维图案。而且，经过飞秒激光扫描的区域，会形成激光烧蚀表面，发现形成激光烧蚀表面具有纳米级的凸起结构(纳米级的粗糙表面)，能够增加基底100对导电墨水的润湿性能，进而有利于实现导电墨水的铺展。
步骤23是通过第二飞秒激光对基底100的第二预设区域102进行扫描，将基底100的第二预设区域102表面形成激光烧蚀表面，同样，形成的激光烧蚀表面具有纳米级的凸起结构(纳米级的粗糙表面)，能够增加基底100对导电墨水的润湿性能，进而有利于实现导电墨水的铺展。
通过控制第一飞秒激光扫描以及第二飞秒激光扫描的扫描次数，可以达到控制第一预设区域101和第二预设区域102的厚度。其中，第一飞秒激光扫描的扫描次数大于第二飞秒激光扫描的扫描次数，使基底100中第一预设区域101厚度小于第二预设区域102的厚度，即基底100表面形成预设三维图案。
需要说明的是，第一飞秒激光扫描和第二飞秒激光扫描是加工参数不同的激光扫描过程(阶段)，以实现对基板的刻写不同的深度。
可见，本实施例飞秒激光加工的过程分为两个阶段，第一阶段对应步骤22，为将较为平整的基底100表面用飞秒激光加工出三维立体的阵列结构，即预设三维图案。具体实施过程为采用第一飞秒激光扫描基底100表面，在扫描时激光经过的区域会发生气化等反应，在扫描后的区域会形成一定深度纳米级粗糙的表面，扫描多次后，形成预设三维图案，例如，形成如图2所示的三角形三维阵列结构；此时预设三维图案中三维结构单元112表面为原始的平整表面结构。第二阶段对应步骤23，采用第二飞秒激光扫描三维结构单元112表面，使三维结构单元112表面变为纳米级的粗糙表面，例如，对如图2所示的三角形三维阵列结构的表面进行第二飞秒激光扫描。实验表明，通过增加基底100表面的粗糙度可以使基底100表面对导电墨水的润湿性，而飞秒激光在对基底100表面进行加工过程中，使基底100表面气化直接形成粗糙表面。
通过以上两个飞秒激光加工阶段，能够在基底100表面形成多尺度粗糙的三维结构表面，即具有预设三维图案的微米尺度(例如图3所示立体三角形阵列的微米尺度)结合经飞秒激光扫描后的表面的纳米尺度形成的多尺度粗糙结构，同时选择对导电墨水具有较好润湿性的基板，可以进一步促进导电墨水的铺展开。
其中的一个实施方式中，所述第一飞秒激光扫描的工艺参数包括：扫描速度设置为300～500mm/s、波长设置为450～600nm、填充密度设置为0.01mm、功率设置为3000～5000mW和扫描次数设置为3～6次；
所述第二飞秒激光扫描的工艺参数包括：扫描速度为300～500mm/s，波长设置为450～600nm、填充密度设置为0.02mm、功率设置为1500～3000mW和扫描次数设置为1～2次。
请参阅图4至图6，采用扫描速度设置为300～500mm/s，波长设置为450～600nm、功率设置为3000～5000mW的参数进行飞秒激光扫描能够形成如图6所示的具有纳米级凸起的基底100粗糙表面。
通过控制飞秒激光扫描的工艺参数还可以控制加工深度。在本实施例中第一飞秒激光扫描的加工深度为16～20μm，第二飞秒激光扫描的加工深度为4～8μm。其中，加工深度可以理解为飞秒激光扫描后基底在厚度方向上减小的尺寸。例如，第一飞秒激光扫描的加工深度为16～20μm，意味着使扫描后的基底厚度减小了16～20μm。
第一飞秒激光扫描的参数是为了使加工部分有一定的深度，需要采用较高的功率，能更快达到目标加工深度；第二飞秒激光扫描的参数是为了让预设三维图案表面形成粗糙表面，增强整个基底200表面的润湿性。基于此，所述第二飞秒激光扫描中功率相对所述第一飞秒激光扫描中的功率可以相对设置一个较小的值。
可选地，第一飞秒激光扫描和第二飞秒激光扫描均采用连续多次扫描。
举例地，将飞秒激光聚焦在单面抛光的硅片的第一预设区域101进行扫描(扫描速度为400mm/s，波长535nm、功率为3000-5000mW、加工次数为3-6次)，使硅片一层一层剥离，在硅片表面加工出预设三维图案；再次使用飞秒激光聚焦在加工后的硅片预设三维图案表面上扫描(扫描速度为400mm/s，波长535nm、功率为1500-3000mW、加工次数为1-2次)，使预设三维图案的三维结构单元112表面超亲水表面。
步骤30是依靠导电墨水在带有预设三维图案的基底100上良好的润湿性，使导电墨水在基底100上快速铺展开，形成均匀稳定的导电墨水层，再将导电墨水层进行固化形成导电图案结构。
其中的一个实施方式中，所述将导电墨水铺展于所述图案化的基底200表面上包括：
步骤34、提供导电墨水；
步骤35、将导电墨水置于在所述图案化的基底200表面的预设位置，经过预设时间后导电墨水铺展于所述图案化的基底200表面上。
其中，导电墨水是一种在基底100具有良好润湿性的导电墨水，能够吸附在基底100的表面，一般地，稳定后的导电墨水在基底100上的接触角小于5°。导电墨水固化后可以得到具有导电性的材料。
预设位置是用于放置导电墨水的基底100表面目标位置(也可以称为初始位置)。图案化的基底200表面对于导电墨水具有超润湿性，导电墨水能够从预设位置快速铺展于所述图案化的基底200的整个表面上。
在其中的一个实施方式中，导电墨水通常含有导电材料或形成导电材料的反应物，例如，导电墨水包括导电聚合物或形成导电聚合物的单体。具体地，该导电墨水，组分包括：聚(3，4～乙烯二氧噻吩)(PEDOT)、聚苯乙烯磺酸盐(PSS)、水、二甲基亚砜(DMSO)。
可选地，导电墨水是通过在OE-001型PSS水溶液中添加一定量的DMSO后制备得到。具体地，导电墨水的制备步骤包括：
步骤31、提供聚(3，4～乙烯二氧噻吩)与聚苯乙烯磺酸盐的水溶液(PEDOT：PSS水溶液)；
步骤32、向所述水溶液中添加二甲基亚砜，得到半成的配制溶液，其中，所述半成的配制溶液中二甲基亚砜的质量百分数为1％～10％；
步骤33、将所述半成的配制溶液与水按质量比1:0.5～2进行混合，超声分散10～20min之后，得到所述导电墨水。
其中，OE-001是一种基于聚(3，4-二氧乙烯噻吩)的导电聚合物分散液。可选地，OE-001的固含量：1～1.5％；导电率：450～600S/cm；钠离子含量：<20ppm。
更具体地，在OE-001型PSS水溶液添加质量分数为5％的DMSO，得到半成的配制溶液，再将半成的配制溶液与纯净水按质量1:1进行混合稀释，超声10-20分钟之后即完成导电墨水的配制。
步骤35中，经过飞秒激光扫描后的第一预设区域101和第二预设区域102均对导电墨水具有良好润湿性，将配制好的导电墨水置于飞秒激光扫描后区域内，例如滴一滴导电墨水在基底100的扫描区域中心，利用基板表面对导电墨水良好的湿润性快速自动均匀铺展开，其扫描区域(包括第一预设区域101和第二预设区域102)上就会快速均匀铺上一层导电墨水，如图7所示。图7中为导电墨水在基底100铺展过程示意图，具体是在导电墨水在基底100铺展过程中每隔1秒拍摄一张图片。由图7可以看出导电墨水在基底100表面快速铺展，并形成覆盖整个基底100表面的导电墨水层。
其中的一个实施方式中，固化后形成导电图案结构包括：步骤36、将铺展有所述导电墨水的基底100置于90～120℃环境6～10min，所述导电墨水固化形成导电图案结构，具体形成如图8及图9所示导电图案结构。将铺展有所述导电墨水的基底100置于90～120℃环境中，有利于导电墨水快速干燥。
步骤36是通过加热的方式加快导电墨水的固化速度。具体地，将铺展有所述导电墨水的基底100放置在加热台上,设置温度在100℃加热8min，实现对导电材料进行固化，形成导电图案结构。
本实施例由于飞秒激光具有精密的加工精度，可以制作精度为微米尺寸的三维结构单元112，使导电墨水精确的在超润湿的预设三维图案铺展；飞秒激光的加工灵活性高，可以根据不同的导电图案结构需求，制作不同的超润湿预设三维图案作为模板实现制作符合要求的导电图案结构。
综上，本实施例提供一种超湿润性的表面制备高精度导电聚合物图案的方法。飞秒激光在加工过程中的具有出色的高精度冷加工特点，基于本方法制备的导电图案结构具有精度高、均匀性好、工艺步骤简单，导电图案结构丰富、可大规模生产且可适用于各种基底100等优点。可见，本实施例的导电图案结构的制备方法是一种简易又兼顾精度的制备三维导电图案结构的方法，拥有广阔的应用前景。
本申请的另一个实施例中，步骤20之后，还包括：将至少两个图案化的基底200层叠设置，形成基底100组合件。其中，基底100组合件中的图案化的基底200可以采用步骤20的方法对基底100进行图案化处理，在基底100的一个表面或两个表面形成预设三维图案，例如，在基底100的第一表面形成第一预设三维图案，或在基底100的第一表面和第二表面分别形成第一预设三维图案，第二预设三维图案。
可以理解的是，通过多个图案化的基底200层叠后，从而在基底100组合件基底100之间形成流道图案。流道图案具有与基底100组合件外界连通的进入通道。
将导电墨水与进入通道的进口接触，由于流道图案的表面由飞秒激光扫描形成，使流道图案的表面对导电墨水具有良好的润湿性，导电墨水自动沿进入通道进入流道图案，并填充至流道图案，固化后形成导电图案结构。
具体地，第一图案化的基底200、第二图案化的基底200、第三图案化的基底200依次层叠设置，形成在基底100组合的内部形成流道图案。其中，第一图案化的基底200、第二图案化的基底200、第三图案化的基底200分别通过飞秒激光对第一基底100的预设区域、对第二基底100的预设区域、对第三基底100的预设区域进行扫描得到。基底100的预设区域为基底100上预设与导电墨水接触的区域。
可以理解的是，第一图案化的基底200与第二图案化的基底200之间形成第一流道图案层，第二图案化的基底200与第三图案化的基底200之间形成一层第二流道图案层，进而可以实现制备两层的导电图案结构。基于此，在基底100组件中图案化的基底200数量的增加，可以实现制备更多层数的导电图案结构。进一步地，不同流道图案层之间具有连通的通道时，可以形成多层立体的导电图案结构，即实现多层立体的导电图案结构的制备，例如，第一流道图案层和第二流道图案层之间形成有连通的流道，形成两层立体的导电图案结构。
其中，基底100组合件还包括与流道图案连通的排气通道，用于在导电墨水进入流道图案内时排出流道图案内的空气，有利于加快导电墨水进入流道图案的速度。与流道图案的表面相比，排气通道的表面对导电墨水的润湿性较差，可以减少导电墨水进入排气通道中。举例地，排气通道可以通过对基底100组合件进行钻孔等方式制备，再对排气通道进行抛光或涂覆降低润湿性的涂料(如疏水涂料)，降低排气通道对导电墨水的润湿性。
本实施例将导电墨水进入流道图案中方法是，在进入通道的开口与导电墨水相接触，由于润湿作用导电墨水即自动进入内部图案中。
可选地，流道图案中的进入通道的数量可以为多个。流道图案的流道的为微米级的流道，例如，流道的截面积为1～10mm，有利于增加流道图案对导电墨水的润湿性。
在导电墨水固化后，可以通过去除图案化基底100获取导电墨水固化形成的结构，也可以不用去除图案化的基底200，直接将导电墨水固化形成的结构与图案化的基底200作为产品，此时外侧的图案化的基底200可以作为导电墨水固化形成的结构的保护外壳。
可选地，通过飞秒激光在透明基底内部刻写预设三维图案，在基底内部形成流道图案，其中，流道图案可以具有多层结构的立体流道图案。
在本申请的另一个实施例中，步骤20中，基底100还包括第三预设区域，第三预设区域无需进行飞秒激光扫描，使得图案化的基板中第三预设区域对导电墨水的润湿性低于第二预设区域102和第一预设区域101对导电墨水的润湿性，从而能够限制导电墨水在铺展时的区域。
本实施例中，通过飞秒激光加工基底100表面，得到超湿润性的表面，基于超湿润性的表面对导电墨水有快速扩散作用这一特点，将导电聚合物沉积在超湿润性的区域表面形成导电图案结构，并且基于飞秒激光冷加工的区域与未加工区域的表面能差异，使之对导电液体的扩散有进一步的限制作用，以此得到精度高且图案丰富的导电图案结构。飞秒激光以精度较高的冷加工在硅片表面上加工出具有一定高度三维结构阵列，这些带有微纳结构表面的三维结构可以极大加强表面的湿润性，使其具有超润湿性特点。
本申请的另一个实施例中，通过控制导电油墨的用量可以控制导电油墨的分布区域。具体地，由于第一预设区域101相对于第二预设区域102向基板内凹陷形成凹槽状，因此导电油墨优先覆盖并填充第一预设区域101，再覆盖第二预设区域102。当导电油墨较少时，导电油墨覆盖的区域大部分是第一预设区域101；当导电油墨较多时，导电油墨同时覆盖第一预设区域101和第二预设区域102。
为控制铺展后的导电油墨在第一预设区域中不同位置的导电油墨的厚度，可以在第一预设区域101内部设置一个或多个液位限制挡板，将第一区域分隔为多个预设厚度区域，液位限制挡板的高度可以根据设计需要确定。可以理解的是，通过控制导电墨水放置的预设位置以及导电墨水的用量，控制导电墨水在第一预设区域101内根据位置的不同控制导电墨水厚度为与该位置对应的预设厚度，其中，同一预设厚度区域内导电墨水的厚度则是均匀的，进而形成厚度不同的导电图案(厚度呈阶梯分布的导电图案)。同样，液位限制挡板可以通过飞秒激光扫描基底100形成，具体可以预先在基底100上划分出第四预设区域，通过控制飞秒激光扫描时的参数，形成液位限制挡板。
本实施例还提供一种图案化的基底200，包括：所述基底100的表面具有第一预设区域101和第二预设区域102，其中，所述第二预设区域102相对所述第一预设区域101向所述基底的外侧凸出形成预设三维图案；第一预设区域101的表面和第二预设区域102的表面均具有通过飞秒激光扫描加工形成的粗糙表面。
基底100中第一预设区域101的表面和第二预设区域102的表面均具有通过飞秒激光扫描加工形成的粗糙表面(表面具有纳米级的凸起结构)，有利于提高导电墨水在基底100上的润湿性，从而有利于导电墨水铺展于所述图案化的基底200表面上，提高导电图案结构的良率。
第一预设区域101高度高于第二区域高度，即基底100中第一预设区域101的厚度深于第二预设区域102的厚度，使所述第二预设区域102向基板外侧凸出形成预设三维图案的阵列排布的多个三维结构单元112。
基底100表面形成的三维结构单元112具有粗糙表面，所述粗糙表面通过飞秒激光扫描形成，具体可以采用以上的步骤10和步骤20的方法制备得到。
可选地，基底100为片状基底100或块状基底100(板状基底100)，具有较为平整的表面。具体地，基底100可以是一种高表面能的材料，本身即具有一定的亲水性能。可选地，所述基底100的表面能大于1.0J/m2。其中的一个实施方式中，所述基底100为硅片。
其中的一个实施方式中，所述预设三维图案包括阵列排布的多个三维结构单元112，所述三维结构单元112的截面形状为正方形、三角形、条纹中的一种或多种；所述三维结构单元112的高度为0.03～0.06mm，所述截面形状包括长度为0.2～0.4mm的边。。
其中的一个实施方式中，所述截面形状中包括边的长度为0.2～0.4mm的边长。
其中的一个实施方式中，预设三维图案中三维结构单元112的高度为0.03～0.06mm，例如0.05mm。
在一个实施方式中，将基底100表面划分为两个区域，即第一预设区域101和第二预设区域102。一般地，第一预设区域101和第二预设区域102位于基底100的同一表面上。如图3所示，第二预设区域102为基底100的第一表面上虚线围成的多个三角形阵列区域，第一预设区域101为基底100的第一表面上排除第二预设区域102的剩余区域。
本实施例还提供一种导电图案结构，包括如上所述的图案化的基底200和导电结构，所述导电结构所述构成的导电图案与所述的图案化的基底200上的预设三维图案相配合，且所述导电图案为导电墨水固化后形成。具体地，所述导电图案结构为通过将导电墨水铺展于如上所述的基底100上，固化后制备得到。
请参阅图3及图8，如图3所示的三角形阵列单元配合如图8所示的凸出部分，如图3所示的三角形阵列单元之间的空隙配合如图8所示的凸出部分，即所述导电图案结构与如上所述的基底100上的预设三维图案相配合。所述导电图案结构可以是一种由导电墨水固化后形成的三维阵列图案。
本实施例提供的导电图案结构可以被运用于制造电致变色器件、太阳能电池、集成电路、传感器、发光二极管等器件，而将导电聚合物制作成导电图案结构将可以运用于显示器件、存储器件、集成电路、高敏度传感器之中。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种导电图案结构的制备方法，其特征在于，包括：
提供基底；
在所述基底表面的第一预设区域和第二预设区域分别进行第一飞秒激光扫描和第二飞秒激光扫描，在所述基底表面形成预设三维图案，得到图案化的基底；
将导电墨水铺展于所述图案化的基底表面上，固化后形成导电图案结构。
2.根据权利要求1所述的导电图案结构的制备方法，其特征在于，所述在所述基底表面的第一预设区域和第二预设区域分别进行第一飞秒激光扫描和第二飞秒激光扫描包括：
将所述基底表面预先划分为第一预设区域和第二预设区域；
对所述第一预设区域进行所述第一飞秒激光扫描，未被第一飞秒激光扫描到的所述基底表面区域为第二预设区域；
对所述第二预设区域进行所述第二飞秒激光扫描，使所述第二预设区域相对所述第一预设区域向所述基底的外侧凸出形成预设三维图案，其中，第一飞秒激光扫描的扫描次数大于第二飞秒激光扫描的扫描次数。
3.根据权利要求1所述的导电图案结构的制备方法，其特征在于，所述将导电墨水铺展于所述图案化的基底表面上包括：
提供导电墨水；
将导电墨水置于在所述图案化的基底表面的预设位置，经过预设时间后导电墨水铺展于所述图案化的基底表面上；
其中，所述图案化的基底表面的形状为矩形或圆形，所述预设位置为所述图案化的基底表面的中心位置。
4.根据权利要求1所述的导电图案结构的制备方法，其特征在于，所述导电墨水的制备方法包括：
提供聚(3，4～乙烯二氧噻吩)与聚苯乙烯磺酸盐的水溶液；
向所述水溶液中添加二甲基亚砜，得到半成的配制溶液，其中，所述半成的配制溶液中二甲基亚砜的质量百分数为1％～10％；
再将所述半成的配制溶液与水按质量比1:0.5～2进行混合，超声分散10～20min之后，得到所述导电墨水。
5.根据权利要求4所述的导电图案结构的制备方法，其特征在于，所述固化后形成导电图案结构包括：
将铺展有所述导电墨水的基底置于90～120℃环境6～10分钟，使所述导电墨水固化形成导电图案结构。
6.根据权利要求1所述的导电图案结构的制备方法，其特征在于，所述第一飞秒激光扫描的工艺参数包括：扫描速度设置为300～500mm/s、波长设置为450～600nm、填充密度设置为0.01mm、功率设置为3000～5000mW和扫描次数设置为3～6次；
所述第二飞秒激光扫描的工艺参数包括：扫描速度为300～500mm/s，波长设置为450～600nm、填充密度设置为0.02mm、功率设置为1500～3000mW、扫描次数设置为1～2次。
7.根据权利要求1所述的导电图案结构的制备方法，其特征在于，所述预设三维图案包括阵列排布的多个三维结构单元，所述三维结构单元的截面形状为正方形、三角形、条纹中的一种或多种；
所述三维结构单元的高度为0.03～0.06mm，所述截面形状包括长度为0.2～0.4mm的边。
8.根据权利要求1所述的导电图案结构的制备方法，其特征在于，所述基底为硅片。
9.一种图案化的基底，其特征在于，所述基底的表面具有第一预设区域和第二预设区域，其中，所述第二预设区域相对所述第一预设区域向所述基底的外侧凸出在基底上形成预设三维图案；
第一预设区域的表面和第二预设区域的表面均具有通过飞秒激光扫描加工形成的粗糙表面。
10.一种导电图案结构，其特征在于，包括如权利要求9所述的图案化的基底和导电结构，所述导电结构构成的导电图案与所述的图案化的基底上的预设三维图案相配合，且所述导电图案结构为导电墨水固化后形成。
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