[發明專利]一種基于3D打印技術的透明導電材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410237598.6
• 申請日: 2014-05-31
• 公開（公告）號: CN104409170A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 葉蕓;郭太良;胡利勤;胡海龍;劉玉會;陳麗雯
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01B13/00
• 分類號: H01B13/00;G06F17/50
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明涉及一種基于3D打印技術的透明導電材料的制備方法，應用于透明導電材料的制備。

背景技術

目前最常用的透明導電電極材料是氧化銦錫（ITO）、氟摻雜的氧化錫（FTO）和鋁摻雜的氧化鋅（AZO），這些薄膜材料具有高載流子濃度和低電阻率，且可見光透射率達80%?~?90%，已被廣泛應用于平面顯示、建筑和太陽光伏能源系統中等。隨著光電器件轉向微型化、輕便化、高集成和高靈敏度發展，ITO、FTO和AZO等在藍光和近紅外光區域內吸收系數大、成本高、易碎性、存在離子擴散以及稀有金屬資源限制的缺點。碳納米管和石墨烯是碳家族最重要的新成員，他們在很寬的波長范圍內具有很高的透過率、超高的載流子遷移率，優異的力學性能和穩定性。因此，碳納米管和石墨烯被認為有望成為理想的透明導電電極材料。

目前，制備碳納米管膜層和石墨烯膜層的主要方法為溶液法和沉積法。溶液法主要包括旋涂成膜法、噴墨打印法以及浸漬提拉法等，盡管該方法具有工藝簡單、成本低的優勢，但是由于薄膜與基底的結合力差，導致薄膜容易脫落。沉積法主要包括化學氣相沉積法、原子濺射沉積法和電化學沉積法，該方法制備的碳納米管膜層和石墨烯膜層的結構均勻致密，與基片附著程度好，但是需要借助于復雜的設備，操作條件要求嚴格。無論哪種方法形成的碳納米管膜層或者石墨烯的膜層要應用于光電器件上，都需要圖形化，而目前碳納米管和石墨烯膜層電極的圖形化都采用等離子體干法刻蝕技術，設備昂貴、操作周期長，生產效率低，不利于工業生產的應用。

采用3D打印技術制備碳納米管膜層和石墨烯膜層的透明導電電極，具有一次成型、物理附著性好、柔性可完曲、膜層的厚度及寬度精密可控的優點、透光率和導電性優異的特點。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于3D打印技術制備透明導電電極的方法，其具有一次成型、工藝步驟簡單的優點，所制備電極具有導電性及透光性優異、物理附著性好的特點。

本發明的技術方案在于：

一種基于3D打印技術的透明導電材料的制備方法，其特征在于：

1）建模；利用電腦建模軟件設計條形透明導電電極的模型，將該模型的軟件指令轉化為3D打印的機械設備指令，從而控制3D打印頭的移動路徑、移動速度、液體噴出速度以及激光頭的移動路徑、移動速度及激光照射時間；

2）打印條形透明導電電極，具體步驟如下：

步驟一：將玻璃基片放入3D打印機中，并在液腔中加入混合均勻的溶液；

步驟二：通過軟件控制3D打印頭的移動，并同時使液腔中混合均勻的溶液從3D?打印頭以霧化形式噴出到玻璃基片上；

步驟三：用波長為325?nm、強度為30?mw的紫外光照射噴在玻璃基片上的混合均勻的溶液，使其迅速固化，形成條形透明導電電極，激光頭的移動路徑與3D打印頭的移動路徑相同。

其中，所述的條形透明導電電極的碳納米管或者石墨烯膜層為1-4層，厚度為50-500?nm左右，對波長為550?nm的可見光的透射率為80%以上，表面電導率低于500?Ω/square。

所述的條形透明導電電極包括玻璃基片、多壁碳納米管和光敏樹脂。

所述的3D打印頭為霧化型氣動噴頭，且為線性陣列式；所述的激光頭同樣為線性陣列式。

本發明的優點在于：

本發明制備的透明導電電極具有透光性和導電性好的優點，克服碳納米管膜層和石墨烯膜層與基片附著性差的缺點，并且該方法可實現透明導電電極的厚度和寬度精密可控。

附圖說明

圖1為采用紫外曝光形式的3D打印技術制備條形透明導電電極的示意圖。

具體實施方式

為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，結合附圖作詳細說明如下。

以下將通過具體實施例對本發明做進一步的詳細描述。

參閱圖1為采用紫外曝光形式的3D打印技術制備條形透明導電電極的示意圖。

所述的條形透明導電電極包括11玻璃基片、12多壁碳納米管和13光敏樹脂。所述的3D打印技術所應用的裝置包括21a液腔、22b3D打印頭和22激光頭。

所述的22b3D打印頭為霧化型氣動噴頭，且為線性陣列式。所述的22激光頭同樣為線性陣列式。

首先配置用于紫外曝光形式的3D打印技術的溶液。將多壁碳納米管加入到液態光敏樹脂中，并優選十二烷基苯磺酸鈉作為表面活性劑加入其中。對三者的混合溶液首先進行磁力攪拌處理，然后超聲處理3h，制備得到混合均勻的溶液。