[發明專利]基于3D打印和液橋轉印制造大面積透明電極的方法

有效

• 申請號: 201810601581.2
• 申請日: 2018-06-12
• 公開（公告）號: CN108831627B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 蘭紅波;許權;趙佳偉;楊昆;朱曉陽
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: H01B13/00
• 分類號: H01B13/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本發明公開了一種基于3D打印和液橋轉印制造大面積透明電極的方法，采用電場驅動熔融噴射沉積3D打印制造母模；通過真空輔助向母模澆鑄液態有機聚合物材料翻制工作模具；填充導電墨水到工作模具的溝槽內；將填充于工作模具溝槽內的導電墨水經燒結固化，并利用液橋轉印技術轉印到基材上。通過真空輔助向大尺寸母版澆鑄液態聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料翻制PDMS軟模具(工作模具)；利用液橋轉印技術將填充于PDMS軟模具溝槽內的導電墨水經加熱固化后轉印到基材上；對在基材上的透明電極進行后處理。獲得大面積、大高寬比、高分辨透明電極。

技術領域

本發明屬于透明電極和超微細電路制造技術領域，具體涉及一種基于3D打印和液橋轉印制造大面積透明電極的方法。

背景技術

透明電極或者透明導電膜是觸摸屏、薄膜太陽能電池(OSCs)、OLED、LCD、透明顯示等許多光電子器件和產品的重要組成部分，在許多領域和產品中具有非常廣泛的應用，尤其是近年隨著OLED屏幕手機、柔性電子、電子皮膚、物聯網、可穿戴設備的日益普及，柔性透明電極顯示出更廣泛的工業化應用前景。

目前工業界使用的透明導電膜/透明電極主要是銦錫氧化物(Indium tin oxide,ITO)薄膜，但是ITO中包含的銦是稀有金屬，而且其制造需要高溫真空沉積，導致制造成本高；此外，ITO柔韌性，沉積制造需要高溫，不適合PET等柔性襯底，不適合柔性透明電極的制造，限制了其應用。

因此，近年學術界和產業界提出許多ITO替代方案，諸如導電高分子聚合物薄膜(如PEDTO:PSS)、金屬(金、銀、銅等)網格透明導電膜、金屬納米線(銀納米線)、基于碳納米管或石墨烯的透明導電膜等新一代透明電極引起越來越多的關注。

與其它技術和實現方案相比，金屬(銀)網格透明電極(Silver Grid)不僅具有與ITO相媲美的透光性和導電性，還具有柔韌性強、適用于軟硬襯底(基板)、成本低、性能具有可裁剪性等突出優點，目前已經被學術界和產業界認為是最具有工業化應用前景的技術之一。

目前國內外已經提出金屬網格透明電極制造方法有多種，諸如光學光刻、納米壓印、噴墨打印、氣溶膠打印等多種制造技術，然而現有的這些技術或解決方案在大面積、高分辨率、大高寬比金屬網格的高效、低成本、批量化制造方面均存在不足和局限性，嚴重影響和制約金屬網格透明電極更為廣泛商業化應用，亟待需要開發新的制造方法和策略，以實現大面積超微細透明電極的高效、低成本、規模化制造。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種基于3D打印和液橋轉印制造大面積透明電極的方法，結合電場驅動熔融噴射沉積3D打印和液橋轉印技術實現大面積透明電極低成本批量化制造。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于3D打印和液橋轉印制造大面積透明電極的方法，包括以下步驟：

(1)采用電場驅動熔融噴射沉積3D打印制造母模；

(2)通過真空輔助向母模澆鑄液態有機聚合物材料翻制工作模具；

(3)填充導電墨水到工作模具的溝槽內；

(4)將填充于工作模具溝槽內的導電墨水經加熱固化，并利用液橋轉印技術轉印到基材上。

進一步的，所述步驟(1)中，清洗和干燥基板，并采用等離子處理機對基板表面進行等離子轟擊處理；根據設計的透明導電電極的結構，采用電場驅動熔融噴射沉積3D打印技術，以打印材料在基板上打印出所述透明導電電極所需要的微納米特征結構或者圖案。

優選的，所述基板包括但不限于玻璃、塑料和硅片。

優選的，所述打印材料包括但不限于聚己內酯和聚甲基丙烯酸甲酯。

優選的，透明導電電極包括線柵電極、各種網格電極等，當然各個電極的連接關系以設計為準。