[發明專利]一種高性能金屬網格透明電極制造方法及其得到的透明電極和應用

有效

• 申請號: 202011085740.1
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112331381B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 朱曉陽;李政豪;蘭紅波;李紅珂;張廣明;王飛
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: H01B5/14
• 分類號: H01B5/14;H01B13/00;H01L31/0224;H01L31/18;B82Y10/00;B82Y30/00;B82Y40/00;H05B3/84
• 代理公司: 青島博展利華知識產權代理事務所(普通合伙) 37287
• 代理人: 張彌

本發明涉及透明電極制造領域，具體涉及一種高性能金屬網格透明電極制造方法及其得到的透明電極和應用，采用基于電場驅動噴射沉積液膜嵌入式3D打印技術，以導電漿料為打印材料在液態PDMS膜上直接打印圖形結構，由于導電漿料與液態PDMS互不相容，且由于打印基底是液態材料對打印導線的擴散有明顯的抑制作用，所以打印出來的單層電加熱線高寬比可以達到0.8?1.0。

技術領域

本發明屬于透明電極制造領域，具體涉及一種高性能金屬網格透明電極制造方法及其得到的透明電極和應用。

背景技術

透明電極是一種既能導電又在可見光范圍內具有高透光率的薄膜，其具有優異的光學透過性、導電性和穩定性等特點，在觸控屏、柔性透明顯示、OLED、可穿戴設備、柔性薄膜太陽能電池、透明電磁干擾屏蔽窗、智能窗、電子紙以及透明電加熱等諸多領域具有非常廣泛的應用。目前，透明電極的承載基底可分為剛性基底、柔性基底及可拉伸基底，分別對應著不同的應用領域。

目前，隨著柔性電子技術的快速崛起，柔性及可拉伸透明電極成為產業界及學術界所關注的研究熱點。但是，針對在透明電加熱玻璃，透明電磁屏蔽玻璃，太陽能電池等領域剛性透明電極的需求及要求日益提高，而剛性透明電極的制造技術仍然不能完全滿足應用的性能及成本要求。以氧化銦錫(ITO)為代表的透明導電氧化物仍為最主要的剛性透明電極，它具有極其均衡的光學透射率(透光率為85％-90％)和優異的導電性(方阻為10-15Ω/sq)。然而，銦儲量日益減少以及具有一定的毒性等問題一定程度限制了其進一步大規模的應用。針對此問題，國內外學者開發了多種新型的透明導電材料，以期代替ITO，成為下一代剛性透明電極材料。現階段開發的新型透明電極材料主要有碳基材料(石墨烯、碳納米管等)、金屬納米線(金、銀、銅納米線等)、導電高分子聚合物(PEDOT：PSS等)、金屬網格及復合透明導電膜等。綜合考慮透明電極的性能及制造成本，金屬網格與金屬納米線為最具工程應用前景的透明導電膜材料之一，金屬納米線雖然制造成本相對較低，但在剛性基底上沉積的金屬納米線存在附著力較差、熱穩定性差，結阻高等問題，從而影響剛性基底金屬納米線透明電極的綜合性能。對于剛性基底金屬網格透明電極具有諸多優勢，如金屬網格僅僅通過改變網格的線寬、周期、高寬比、形狀和排列就能解決透明電極所面臨的低方阻和高透光率的矛盾，并根據實際性能要求對電學性能和光學性能進行裁剪和調控，同時確保得到低方阻和高透光率，金屬網格透明電極已經在諸多領域展示出了廣闊的應用前景。但是現階段高性能金屬網格的制造成本普遍較高，生產效率低，大多需要真空環境及貴重的氣相沉積設備等。近年來，學術界和產業界利用光學光刻、納米壓印、噴墨打印、氣溶膠打印、電流體動力噴印、夾絲技術以及絲印技術等多種制造技術來實現高性能金屬網格的制備。然而，光刻法生產周期長、制造成本高、難以實現大面積制造；納米壓印母版制造成本高，周期長；噴墨打印的分辨率低，難以實現高粘度導電漿料的打印；氣溶膠噴射打印雖然在打印精度方面有了很大的改進，但是打印材料的粘度通常不能高于1000cP，對于高金屬含量的高粘度漿料打印面臨很大的難度；電流體動力噴印雖然能夠實現高粘度材料的高分辨率打印，但難以實現高金屬含量的厚膜漿料高分辨率打印(厚膜漿料的細度一般大于5微米)，亦難以實現大高寬比導電漿料高效率打印；夾絲技術存在工藝過程復雜的問題；絲印技術雖然使用高金屬含量的厚膜漿料，然而絲印線寬較大，透光率難以保證。綜上，高透光率、低阻抗值及高附著力剛性基底金屬網格的低成本制造仍難以實現，尤其難以實現方阻小于1Ω/sq，透光率大于90％及附著力大于80N的剛性基底透明電極的制造。

綜上，目前剛性基底透明電極的諸多制造技術中，均難以實現低方阻(小于1Ω/sq)，高透光率(大于90％)，高附著力(大于80N)的加熱線的低成本批量化高效制造，迫切需要開發新的技術，實現加熱線透光率大于90％，方阻小于1Ω/sq，附著力大于80N的高性能剛性基底透明電極的低成本高效制造。

發明內容