CN114334643A - 一种图案化电极的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于电极器件技术领域，尤其涉及一种图案化电极的制备方法，本申请的制备方法，包括：在衬底上制备图案，得到第一衬底；图案的线条宽度为1～500μm；将熔融态的目标衬底材料覆盖在第一衬底的图案面上，待目标衬底材料凝固后得到第二衬底；将第二衬底置于低温环境中冷冻处理，待目标衬底材料玻璃化后，将目标衬底材料从第一衬底上剥离，得到图案化电极。本申请提供了一种图案化电极的制备方法，能有效解决现有转移碳纳米管、纳米银线等材料制备图案化电极中存在的图案精度下降，转移不完整，甚至引入残胶等杂质的技术问题，并且对原衬底和目标衬底材料的选择具有普适性，尤其适用于薄膜晶体管和OLED显示设备等微电子制造领域。
Description
技术领域
本申请属于电极器件技术领域，尤其涉及一种图案化电极的制备方法。
背景技术
目前碳纳米管高精度图案化方法，主要是基于光刻法的图案化方法，可以是对碳纳米管生长衬底图案化，也可以是对碳纳米管成膜后图案化刻蚀，这些图案化方法存在只能基于硬质衬底，目前将硬质衬底上的图案进行转移的通用方法是基于热释放胶带的转移方法，但其局限在于：高精度图案转移率低且容易留有残胶。
为此人们探索在软质衬底上图案化碳纳米管的方法，而目前主要是将已图案化在硬质衬底上的图案化碳纳米管薄膜使用各类转移方法，例如采用热释放胶带转移法，或者采用的基于超薄切片机的切片法，或者在热释放胶带转移过程进行选择性加热来图案化转移，但是这些技术都存在缺点：热释放胶带转移法转移精度并不高，仅能转移微米级别线宽碳纳米管图案，更不可忽视的是热转移过程后热释放胶带残余的胶会粘附在转移后图案上不易去除，而切片法需要超薄切片机，工艺复杂，设备要求高，操作难度大。
目前基于光刻法使碳纳米管等导电材料成膜后图案化刻蚀的方法，存在导电油墨无法均匀成膜的问题，为了使导电油墨在衬底上均匀成膜，人们往往在导电油墨中添加增稠剂、流平剂和粘结剂等助剂。助剂用于协助导电材料分散均匀，这些助剂对提高导电油墨在衬底上均匀成膜有显著作用，是对成膜的图案化电极进行高精度图案化的前提。不过，这些助剂不可避免地增加了原衬底和导电材料之间的粘附力，这增加了对高精度图案完整的转移的难度，需要加强目标衬底材料对原衬底的图案的粘附力。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种图案化电极的制备方法，能有效解决现有转移碳纳米管、纳米银线等材料制备图案化电极中存在的图案精度下降，转移不完整，甚至引入残胶等杂质的技术问题，并且对原衬底和目标衬底材料的选择具有普适性，尤其适用于薄膜晶体管和OLED显示设备等微电子制造领域。
本申请提供了一种图案化电极的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、在衬底上制备图案，得到第一衬底；所述图案的线条宽度为1～500μm；
步骤2、将熔融态的目标衬底材料覆盖在所述第一衬底的图案面上，待所述目标衬底材料凝固后得到第二衬底；
步骤3、将所述第二衬底置于低温环境中冷冻处理，待所述目标衬底材料玻璃化后，将所述目标衬底材料从所述第一衬底上剥离，得到图案化电极。
具体的，步骤1中的衬底为转移前图案附着的衬底(即原衬底)，图案化制备工艺在其上完成；步骤2中，目标衬底材料为在冷冻转移后图案附着的衬底，和转移后图案共同作为最终的图案化电极。
具体的，步骤2中，目标衬底材料覆盖在所述第一衬底的图案面上具体包括：将熔融态目标衬底材料倾倒在第一衬底的图案面上，等待自然冷却30min～1h，所述目标衬底材料凝固后得到第二衬底。
具体的，步骤3具备包括将所述第二衬底浸入冷冻环境中，如液氮，此过程中液氮的低温环境将加强目标衬底材料对所述衬底的图案的粘附力，是高精度图案完整转移的关键，制备图案化电极的决定步骤；等待所述第二衬底和液氮相对热平衡，所述目标衬底材料玻璃化后，在液氮环境下将玻璃化的目标衬底材料从所述衬底上剥离下来，并置于室温恢复正常温度，得到图案完整转移到目标衬底材料的图案化电极。
具体的，本申请制得的图案化电极可用于柔性显示器件、OLED或发光二极管器件中。
另一实施例中，步骤1中，所述衬底选自硬质衬底、软质衬底或可拉伸衬底。
具体的，所述硬质衬底选自玻璃衬底、硅片或非超薄金属层中的一种；所述软质衬底选自PET薄膜、PI薄膜、PEN薄膜或超薄金属层中的一种；所述可拉伸衬底选自PDMS、Ecoflex、SEBS或可拉伸水凝胶中的一种。
具体的，硬质衬底为不可弯曲、不可折叠、不可伸缩，抵抗变形能力强，刚度大的材料，其杨氏模量大，不可变形，常见如玻璃、硅或非超薄金属层；软质衬底为可弯曲、可折叠，但不可伸缩的材料，其杨氏模量比硬质材料小，弯曲折叠后可自动复原，常见如PET薄膜、PI薄膜、PEN薄膜或超薄金属层；可拉伸衬底为可弯曲、可折叠、可伸缩的材料，其杨氏模量比硬质材料小，变形后可自动复原，常见如PDMS、Ecoflex、SEBS或可拉伸水凝胶。
另一实施例中，步骤1中，所述图案的材质选自碳纳米管、碳纳米纤维、金属微米线、金属纳米线、半导体微米线和半导体纳米线中的一种或多种。
另一实施例中，所述图案的制备方法包括：将导电油墨旋涂在所述衬底上，然后采用图案化工艺在衬底上制备图案；所述导电油墨包括碳纳米管、碳纳米纤维、金属微米线、金属纳米线、半导体微米线和半导体纳米线中的一种或多种。
具体的，所述导电油墨为现有常规的图案化电极所用的导电油墨。
另一实施例中，所述导电油墨还包括增稠剂、流平剂和粘结剂中的一种或多种。
另一实施例中，所述增稠剂选自羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、水溶性的聚丙烯酸盐、丙烯酸、甲基丙烯酸的均聚物和共聚物乳液增稠剂中的一种或多种；所述流平剂选自聚丙烯酸、羧甲基纤维素、异佛尔酮、二丙酮醇和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种；所述粘结剂选自聚丙烯酸、聚丙烯酸衍生物、聚乙烯、聚乙烯衍生物和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。
具体的，增稠剂、流平剂和粘结剂助剂用于协助导电材料分散均匀，这些助剂对提高导电油墨在衬底上均匀成膜有显著作用，是对成膜的图案化电极进行高精度图案化的前提。
另一实施例中，步骤1中，所述图案的制备方法为无掩膜光刻法、接触式光刻法、激光刻蚀法和喷墨打印法中的一种或多种。
具体的，本申请的在衬底上制备高精度图案的方法包括：
1)衬底表面处理：通过等离子体清洗机或紫外臭氧等表面处理，对PI薄膜进行表面亲水处理，方便涂布导电油墨；
2)旋涂碳纳米管油墨：将碳纳米管油墨滴在PI薄膜上，使碳纳米管油墨均匀成膜，然后等待溶剂蒸发；
3)旋涂光刻胶：将光刻胶覆盖在步骤2)的薄膜上，匀胶使光刻胶均匀成膜，得到样品；
4)前烘：将3)的样品放置于热板上加热，然后等待样品自然冷却；
5)曝光：使用无掩膜曝光机，在预置曝光时间下进行图案曝光；
6)显影：将已曝光的样品浸入显影液中，去除需要刻蚀表面的光刻胶；
7)清洗：用去离子水清洗，并用氮气枪吹干样品；
8)刻蚀：将样品放入等离子清洗机，通氧气，刻蚀碳纳米管；
9)去胶：将样品浸泡在丙酮溶液中处理，去除剩余光刻胶，然后用去离子水清洗残留的丙酮，待样品在室温下自然干燥后，完成碳纳米管的高精度图案化，即第一衬底。
另一实施例中，步骤2中，所述目标衬底材料为具有玻璃化转变温度的材料。
另一实施例中，所述目标衬底材料PET材料、PI材料、PEN材料、超薄金属或PDMS材料中的一种或多种。
另一实施例中，步骤3中，所述低温环境的温度为-196～0℃。
本申请创造性地采用低温冷冻转移方法制备图案化电极，本申请方法适用于的图案可以是高精度的(线宽可为1～500nm)，并且转移后嵌入式结构更有利于封装和提高变形可靠性；本申请创新的冷冻转移方法适用于将硬质、软质、可拉伸的各类衬底，可将图案转移到硬质、软质、可拉伸的各类衬底上，即硬质衬底图案可转移至软质衬底上、硬质衬底图案可转移至硬质衬底上、软质衬底图案可转移至硬质衬底上、硬质衬底图案可转移至可拉伸衬底上、软质衬底图案可转移至可拉伸衬底上，软质衬底图案可转移至软质衬底上、可拉伸衬底图案可转移至硬质衬底上、可拉伸衬底图案可转移至软质衬底上、可拉伸衬底图案可转移至可拉伸衬底上，这些转移方案打破了现有转移技术的限制性。
本申请创造性地采用低温冷冻转移方法在低温条件下提高了目标衬底材料对第一衬底上图案的粘附力，是高精度图案高转移率的必需条件。试验数据可见，冷冻转移过程相较于常温下转移，提高了对图案化材料的粘附力，保证了高精度图案可以完整转移。冷冻转移过程不主动引入杂质，因此没有现有转移工艺的残胶等问题。同时，采用低温冷冻方式可高效转移高精度图案，能解决助剂导致的导电油墨过于粘附原衬底无法将高精度图案完整转移至目标衬底的问题。此外，冷冻转移后的嵌入式结构更有利于成品后续实际应用中可能需要的封装，也可以提高变形可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请实施例提供的图案化电极的制备流程图，1为在衬底上制备图案，2为将熔融态的目标衬底材料覆盖在第一衬底的图案面上，待目标衬底材料凝固后得到第二衬底，3为将第二衬底置于低温环境中冷冻处理，4为将目标衬底材料从第一衬底上剥离，得到图案化电极；
图2为本申请实施例1的模板图案的示意图；
图3为本申请实施例1制得的图案化碳纳米管电极的40μm线宽的SEM图；
图4为本申请实施例1制得的图案化碳纳米管电极的40μm线宽SEM局部放大图；
图5为本申请实施例1制得的图案化碳纳米管电极的10μm线宽的SEM图；
图6为本申请实施例1制得的图案化碳纳米管电极的3μm线宽的SEM图；
图7为本申请实施例3提供的步骤3))的冷冻处理前在PI薄膜上纳米银线图案；
图8为本申请实施例3提供的步骤4))的冷冻处理后在PDMS上纳米银线图案；
图9为本申请实施例3提供的步骤4))的冷冻处理后在PI薄膜上纳米银线图案；
图10为本申请对比例1提供的常温转移前PI薄膜上纳米银线图案；
图11为本申请对比例1提供的常温转移后在PDMS上纳米银线图案；
图12为本申请对比例1提供的常温转移后在PI薄膜上纳米银线图案；
图13为本申请实施例1与对比例2提供的不同的导电油墨旋涂至衬底的情况，图13左边为导电油墨中不添加增稠剂、流平剂和粘结剂的导电油墨在PI薄膜旋涂的效果，图13右边为导电油墨中添加增稠剂、流平剂和粘结剂的导电油墨在PI薄膜旋涂的效果。
具体实施方式
本申请提供了一种图案化电极的制备方法，用于解决现有技术热转移制备图案化电极中存在的图案精度下降，残留胶带的技术缺陷。
下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
其中，以下实施例所用原料或试剂均为市售或自制。
实施例1
本申请实施例提供了一种图案化电极的制备方法，具体包括：
该实施例为提供制备高精度图案化的碳纳米管透明可拉伸薄膜的一种具体实现方式，该制作工艺流程分为无掩膜光刻高精度图案化(即在衬底上制备高精度图案)和冷冻转移(即将熔融态的目标衬底材料覆盖在第一衬底的图案面上得到第二衬底，然后该第二衬底置于低温环境中冷冻处理)。无掩膜光刻高精度图案化过程，具体过程如下：
1)衬底表面处理：通过等离子体清洗机或紫外臭氧等表面处理，功率50W，对大小为5cm2的PI薄膜进行表面亲水处理，方便涂布导电油墨，导电油墨的组成包括羧基化单壁碳纳米管(0.16wt％)、聚乙烯吡咯烷酮(1.2wt％)等，余量为去离子水，去离子水作为溶剂；
2)旋涂导电油墨：将PI薄膜吸附在匀胶机吸嘴处，将10mL的导电油墨滴于PI薄膜上，使导电油墨中的碳纳米管均匀成膜，加速阶段4s，转速加速度500r/min/s，匀速阶段20s，转速2000r/min，等待溶剂蒸发。
3)旋涂光刻胶：滴适量AZ-1500系列正性光刻胶于2)薄膜上，匀胶使光刻胶均匀成膜，加速阶段5s，转速加速度600r/min/s，匀速阶段30s，转速3000r/min；
4)前烘：将样品放置于热板上加热，110℃，80s，等待样品自然冷却；
5)曝光：使用无掩膜曝光机(uPG501)，选择已设置好的模板，模板图案为线宽3，10，20，30，40，60，70，80μm的条形图案，本申请实施例的模板图案的示意图如图2所示，在60ms的曝光时间下进行图案曝光；
6)显影：将已曝光的样品浸入DPD-230正胶显影液(关键成分为TMAH，四甲基氢氧化铵，2.38％)中60s左右，去除需要刻蚀表面的光刻胶；
7)清洗：用去离子水清洗约20s，并用氮气枪吹干样品；
8)刻蚀：将样品放入等离子清洗机，通氧气，设置功率300-400W，1min，刻蚀碳纳米管；
9)去胶：将样品浸泡在丙酮溶液中处理约40s，去除剩余光刻胶，然后用去离子水清洗残留的丙酮，待样品在室温下自然干燥后，完成碳纳米管的高精度图案化的第一衬底。
以上为无掩膜光刻图案化过程，之后是PDMS冷冻转移过程，其中，目标衬底材料为PDMS：
1))调配PDMS：将PDMS的A组分(预聚物，Sylgard 184 elastomer)和B组分(交联剂，Sylgard 184 curing agent)以7:1质量比充分混合，并使用公转自转搅拌机将该混合物充分混合60s，并去泡处理30s，得到透明无气泡的混合物；
2))流平PDMS：将PDMS倾倒在本实施例上述步骤制得的第一衬底带有图案的一面上，并静置一段时间使其流平；
3))固化PDMS：将样品放置于热板上，加热加速PDMS固化，加热温度120℃，时间30min，待PDMS固化后得到第二衬底，第一衬底的高精度图案嵌入转移至PDMS目标衬底，自然放置冷却1h；
4))冷冻处理：将固化冷却后的第二衬底浸入液氮中，此过程中液氮的低温环境将加强PDMS对第一衬底的图案材料的粘附力，是高精度图案完整转移的关键；
5))剥离：等待第二衬底和液氮相对热平衡，PDMS玻璃化后，在液氮环境下将玻璃化的PDMS从第一衬底上剥离下来，并置于室温恢复正常温度，则可得到图案完整转移到PDMS的图案化碳纳米管电极。
对图案化碳纳米管电极，即高精度图案化的碳纳米管透明可拉伸薄膜，使用SEM观察，结果如图3～6所示，图3为本申请实施例制得的图案化碳纳米管电极的40μm线宽的SEM图，图4为本申请实施例制得的图案化碳纳米管电极的40μm线宽SEM局部放大图，图5为本申请实施例制得的图案化碳纳米管电极的10μm线宽的SEM图，图6为本申请实施例制得的图案化碳纳米管电极的3μm线宽的SEM图。可见，最小线宽图案(3μm)边缘仍然锐利，说明本申请实施例提出的方法具有完整转移高精度图案碳纳米管的能力。
实施例2
本申请实施例提供了一种图案化电极的制备方法，具体包括：
该实施例为提供制备高精度图案化的碳纳米管透明可拉伸薄膜的另一种具体实现方式，该制作工艺流程分为接触式光刻高精度图案化(即在衬底上制备高精度图案)和冷冻转移(即将熔融态的目标衬底材料覆盖在第一衬底的图案面上得到第二衬底，然后该第二衬底置于低温环境中冷冻处理)。接触式光刻高精度图案化过程，具体过程如下：
1)衬底表面处理：通过等离子体清洗机或紫外臭氧等表面处理，功率70W，对大小为5cm2的PI薄膜进行表面亲水处理，方便涂布导电油墨，导电油墨的组成包括羧基化单壁碳纳米管(0.16wt％)、聚乙烯吡咯烷酮(0.8wt％)等，余量为去离子水，去离子水作为溶剂；
2)旋涂导电油墨：将PI薄膜吸附在匀胶机吸嘴处，将10mL的导电油墨滴于PI薄膜上，使导电油墨中的碳纳米管均匀成膜，加速阶段4s，转速加速度500r/min/s，匀速阶段20s，转速2000r/min，等待溶剂蒸发；
3)旋涂光刻胶：滴适量RZJ-390PG正性光刻胶于2)薄膜上，匀胶使光刻胶均匀成膜，先1000r/min转10s，再1500r/min转40s；
4)前烘：将样品放置于热板上加热，120℃，2min，等待样品自然冷却；
5)曝光：使用WavetestABM 8紫外曝光机，将掩膜版对准该样品后，曝光20s；
6)显影：将已曝光的样品浸入稀释的显影液中(RZX3038显影液：水＝4:1)中30s左右，去除需要刻蚀表面的光刻胶；
7)清洗：用去离子水清洗约20s，并用氮气枪吹干样品；
8)刻蚀：将样品放入等离子清洗机，通氧气，设置功率300-400W，1min，刻蚀碳纳米管；
9)去胶：将样品浸泡在丙酮溶液中处理约40s，去除剩余光刻胶，然后用去离子水清洗残留的丙酮，待样品在室温下自然干燥后，完成碳纳米管的高精度图案化的第一衬底。
将已图案化的第一衬底冷冻转移到PDMS后，目标衬底材料为PDMS：
1))调配PDMS：将PDMS的A组分(预聚物，Sylgard 184 elastomer)和B组分(交联剂，Sylgard 184 curing agent)以7:1质量比充分混合，并使用公转自转搅拌机将该混合物充分混合60s，并去泡处理30s，得到透明无气泡的混合物；
2))流平PDMS：将PDMS倾倒在本实施例上述步骤制得的第一衬底带有图案的一面上，并静置一段时间使其流平；
3))固化PDMS：将样品放置于热板上，加热加速PDMS固化，加热温度120℃，时间30min，待PDMS固化后得到第二衬底，第一衬底的高精度图案嵌入转移至PDMS目标衬底，自然放置冷却1h；
4))冷冻处理：将固化冷却后的第二衬底浸入液氮中，此过程中液氮的低温环境将加强PDMS对第一衬底的图案材料的粘附力，是高精度图案完整转移的关键；
5))剥离：等待第二衬底和液氮相对热平衡，PDMS玻璃化后，在液氮环境下将玻璃化的PDMS从第一衬底上剥离下来，并置于室温恢复正常温度，则可得到图案完整转移到PDMS的图案化碳纳米管电极，该图案化碳纳米管电极为与实施例1性能接近的高精度图案化的碳纳米管透明可拉伸薄膜。
实施例3
本申请实施例提供了一种图案化电极的制备方法，具体包括：
在实施例1的基础上，将实施例1的碳纳米管替换为纳米银线，即本实施例的导电油墨包括纳米银线油墨，同时图案化工艺可以替换为激光刻蚀，于是本实施例提供了制备高精度图案化纳米银线透明可拉伸薄膜的一种具体实现方式，该制作工艺流程分为激光刻蚀(即在衬底上制备高精度图案)和冷冻转移(即将熔融态的目标衬底材料覆盖在第一衬底的图案面上得到第二衬底，然后该第二衬底置于低温环境中冷冻处理)。其中冷冻转移过程可参照实施例1，冷冻转移过程与实施例1一致，激光刻蚀具体过程如下：
1)衬底表面处理：通过等离子体清洗机或紫外臭氧等表面处理，功率30W，对大小为5cm2的PI薄膜进行表面亲水处理，方便涂布导电油墨，导电油墨的组成包括0.1wt％纳米银线，0.5wt％羟丙基甲基纤维素，余量为去离子水，去离子水作为溶剂；
2)旋涂导电油墨：将PI薄膜吸附在匀胶机吸嘴处，将10mL的导电油墨滴于PI薄膜上，使导电油墨中的纳米银线均匀成膜，加速阶段4s，转速加速度500r/min/s，转速2000r/min，等待溶剂蒸发；
对本实施例的导电油墨的性能进行测试：将其滴涂在PDMS薄膜后，观察本申请实施例中导电油墨添加了羟丙基甲基纤维素的导电油墨在PDMS薄膜滴涂的效果，结果如图13右边所示。
3)设置激光刻蚀机：加载刻蚀图案版图，并设置功率等参数，本实施例设置功率为500W；
4)打点定位：先用锡纸雕刻图案确定图案具体区域；
5)刻蚀：打开真空机，在已确定的区域放置2)过程的样品，确认样品被吸住后完成刻蚀，完成纳米银线的高精度图案化的第一衬底。
将已图案化的第一衬底冷冻转移到PDMS后，得到图案化纳米银线电极，即图案化纳米银线透明可拉伸薄膜，方法包括：
将已图案化的第一衬底冷冻转移到PDMS后，目标衬底材料为PDMS：
1))调配PDMS：将PDMS的A组分(预聚物，Sylgard 184 elastomer)和B组分(交联剂，Sylgard 184 curing agent)以7:1质量比充分混合，并使用公转自转搅拌机将该混合物充分混合60s，并去泡处理30s，得到透明无气泡的混合物；
2))流平PDMS：将PDMS倾倒在本实施例上述步骤制得的第一衬底带有图案的一面上，并静置一段时间使其流平；
3))固化PDMS：将样品放置于热板上，加热加速PDMS固化，加热温度120℃，时间30min，待PDMS固化后得到第二衬底，第一衬底的高精度图案嵌入转移至PDMS目标衬底，自然放置冷却1h；
4))冷冻处理：将固化冷却后的第二衬底浸入液氮中，此过程中液氮的低温环境将加强PDMS对第一衬底的图案材料的粘附力，是高精度图案完整转移的关键；
5))剥离：等待第二衬底和液氮相对热平衡，PDMS玻璃化后，在液氮环境下将玻璃化的PDMS从第一衬底上剥离下来，并置于室温恢复正常温度，则可得到图案完整转移到PDMS的图案化纳米银线电极，该图案化纳米银线电极为与实施例1性能接近的高精度图案化的纳米银线透明可拉伸薄膜。
通过光学显微镜测定本申请实施例制得的图案化纳米银线电极的纳米银线图案转移情况，结果如图7～图9所示，图7为上述步骤3))的冷冻处理前在PI薄膜上纳米银线图案，图8为上述步骤4))的冷冻处理后在PDMS上纳米银线图案，图9为上述步骤4))的冷冻处理后在PI薄膜上纳米银线图案。图7～图9可知，本申请方法的图案转移效果极佳，体现在纳米银线被100％转移和被转移银线的位置和形貌没有发生改变。
对比例1
本申请对比例提供了采用常温方法转移图案的图案化电极，具体方法包括：
本对比例的方法与实施例3相似，区别在于4))的冷冻处理中不采用液氮的低温环境下处理，替换为常温转移，即省略4))的冷冻处理，直接将固化后的PDMS从第一衬底上剥离下来对比图案化纳米银线电极。
通过光学显微镜测定本申请对比例制得的对比图案化纳米银线电极的纳米银线图案转移情况，结果如图10～图13所示，图10为常温转移前PI薄膜上纳米银线图案，图11为常温转移后在PDMS上纳米银线图案，图12为常温转移后在PI薄膜上纳米银线图案。图10～图12可知，本对比例方法的图案转移效果不佳，体现在银线被转移率低和被转移银线形貌发生明显改变。
从图7和图10结果可知，在导电油墨中添加羟丙基甲基纤维素，有利于导电油墨在衬底上附着成膜，但是，从图12结果(常温转移后PI薄膜上残留有纳米银线)可知，采用利于导电油墨成膜的助剂在常温转移时，由于羟丙基甲基纤维素增加了原衬底与导电油墨之间的粘附力，导致导电油墨在常温转移时，图案无法完整地高精度地转移至目标衬底上；本申请采用低温冷冻转移的方式可有效解决上述问题，从图9结果(低温冷冻转移后PI薄膜上无纳米银线)可知，低温冷冻转移方法在低温条件下提高了目标衬底材料对原衬底上图案的粘附力，使得目标衬底对原衬底上导电油墨的粘附力大于原衬底与导电油墨之间的粘附力，便于高精度的图案能从原衬底完整转移至目标衬底上，显然，导电油墨中的增稠剂、流平剂和粘结剂等助剂与低温冷冻转移方法协同作用，实现原衬底高精度图案转移至目标衬底制得高精度图案化电极的目的。
对比例2
本申请对比例提供了不添加羟丙基甲基纤维素的导电油墨性能测试，具体过程如下：
本申请对比例方法的导电油墨成分与实施例3相似，区别在于所用的导电油墨不含有羟丙基甲基纤维素，观察本申请对比例的不添加羟丙基甲基纤维素的导电油墨在PDMS薄膜滴涂的效果，结果如图13左边所示。
从图13可知，不添加羟丙基甲基纤维素的导电油墨在滴涂后虚线边界后迅速收缩回实线边界，添加增稠剂、流平剂和粘结剂的导电油墨在旋涂到实线边界后没有收缩。图13可知添加一些协助导电材料分散均匀成膜助剂到油墨中对提高导电油墨在衬底上成膜均匀性有显著效果，是对成膜的导电网络进行高精度图案化的前提。
综上所述，本申请原衬底和目标衬底材料的选择具有普适性，本申请实施例的方法创新地实现将硬质、软质、可拉伸的各类衬底上将图案转移到硬质、软质、可拉伸的各类衬底上，打破了现有转移技术的限制性(硬质到软质、硬质到硬质、软质到硬质、硬质到可拉伸、软质到可拉伸)，而本申请实施例转移方法包含现有转移技术未有的衬底选择可能(软质到软质、可拉伸到硬质、可拉伸到软质、可拉伸到可拉伸)。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种图案化电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、在衬底上制备图案，得到第一衬底；所述图案的线条宽度为1～500μm；
步骤2、将熔融态的目标衬底材料覆盖在所述第一衬底的图案面上，待所述目标衬底材料凝固后得到第二衬底；
步骤3、将所述第二衬底置于低温环境中冷冻处理，待所述目标衬底材料玻璃化后，将所述目标衬底材料从所述第一衬底上剥离，得到图案化电极。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述衬底选自硬质衬底、软质衬底或可拉伸衬底。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述图案的材质选自碳纳米管、碳纳米纤维、金属微米线、金属纳米线、半导体微米线和半导体纳米线中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述图案的制备方法包括：将导电油墨旋涂在所述衬底上，然后采用图案化工艺在衬底上制备图案；所述导电油墨包括碳纳米管、碳纳米纤维、金属微米线、金属纳米线、半导体微米线和半导体纳米线中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述导电油墨还包括增稠剂、流平剂和粘结剂中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述增稠剂选自羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、水溶性的聚丙烯酸盐、丙烯酸、甲基丙烯酸的均聚物和共聚物乳液增稠剂中的一种或多种；所述流平剂选自聚丙烯酸、羧甲基纤维素、异佛尔酮、二丙酮醇和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种；所述粘结剂选自聚丙烯酸、聚丙烯酸衍生物、聚乙烯、聚乙烯衍生物和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述图案的制备方法为无掩膜光刻法、接触式光刻法、激光刻蚀法和喷墨打印法中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述目标衬底材料为具有玻璃化转变温度的材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述目标衬底材料PET材料、PI材料、PEN材料、超薄金属或PDMS、Ecoflex、SEBS和可拉伸水凝胶材料中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述低温环境的温度为-196℃～0℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111603202.1A CN114334643A (zh) | 2021-12-24 | 2021-12-24 | 一种图案化电极的制备方法 |
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| CN202111603202.1A CN114334643A (zh) | 2021-12-24 | 2021-12-24 | 一种图案化电极的制备方法 |
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| CN (1) | CN114334643A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117679036A (zh) * | 2023-12-07 | 2024-03-12 | 浙江大学 | 一种基于零下温度的多孔碳电极冷冻转移方法及传感器 |
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2021
- 2021-12-24 CN CN202111603202.1A patent/CN114334643A/zh active Pending
Cited By (2)
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| CN117679036A (zh) * | 2023-12-07 | 2024-03-12 | 浙江大学 | 一种基于零下温度的多孔碳电极冷冻转移方法及传感器 |
| CN117679036B (zh) * | 2023-12-07 | 2024-05-10 | 浙江大学 | 一种基于零下温度的多孔碳电极冷冻转移方法及传感器 |
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