一种利用分形几何原理设计的金属网格型透明电极制造技术

本发明专利技术涉及光电功能材料制备领域，具体涉及一种利用分形几何原理设计的金属网格型透明电极。现有技术中金属网格结构的研究主要集中在网格宽度、网格间距的优化等方面，其综合光电性能提升空间有限；本发明专利技术借助分形几何理论，在衬底表面沉积具有分形网格图案的金属网格层，通过改变金属网格层的网格结构从而克服现有金属网格调节方法在提升金属网格型透明电极综合光电性能方面的局限性，更大程度地提升其综合光电性能。

【技术实现步骤摘要】
一种利用分形几何原理设计的金属网格型透明电极
本专利技术涉及光电功能材料制备领域，具体涉及一种利用分形几何原理设计的金属网格型透明电极。技术背景透明电极是集导电和透光功能于一体的光电功能材料，因其具有高导电性,且在可见光范围内具有很高的透光性，在平板显示器、太阳能电池、发光二极管、低辐射玻璃、防电磁干扰透明窗等领域有着广泛的应用。随着光电子产业的快速发展，研究者们制备出了多种新型透明电极，如石墨烯、碳纳米管、导电聚合物、银纳米线和金属网格。金属网格型透明电极是利用金、银等金属材料在玻璃或PET衬底上形成连续的周期网格图案，其生产成本低、制备工艺简单、具有优良的透光性，且电阻率比产业化的氧化铟锡薄膜低，以柔性材料作为衬底时还具有较好的抗弯折性。目前，针对金属网格型透明电极的研究主要集中于金属材料选择、制备工艺改进及网格结构设计。现阶段研究者们对金属网格结构的研究主要集中在网格宽度、网格间距的优化等方面，这些方法调节空间有限，提高一方面的性能，另一方面的性能必将受损，网格间距太小时透明电极导电性很好但透光性较差，若增大网格间距提高透光性，又会使得透明电极导电性大大下降，有时甚至因测试探针可接触点太少而无法测出导电性指标。可见，综合透光性和导电性来看，现有技术中针对优化网格宽度、网格间距来完善金属网格型透明电极综合性能的成果并不显著。能否将分形几何原理应用到金属网格型透明电极中，以打破单纯通过改变网格宽度、间距来提高金属网格型透明电极性能的局限性是本专利技术所要探索的问题。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提供了一种利用分形几何原理设计的金属网格型透明电极，该电极借助分形几何理论在金属网格型透明电极衬底上沉积一种具有分形网格图形的金属网格层，通过改变金属网格结构从而达到优化提高金属网格型透明电极的综合性能的目的。为实现上述目的，本专利技术提供了一种利用分形几何原理设计的金属网格型透明电极，所述金属网格型透明电极衬底上沉积具有分形网格图形的金属网格层，网格图形部分与整体之间具有自相似性。所述分形网格图形为基于分形几何理论方法构建正多边形的分形几何图案，并以分形几何图案为基本单元，按透明电极外观尺寸大小进行扩充。进一步地，本专利技术中所述正多边形为等边三角形或正方形或正六边形。所述分形几何图案包括以不同周期、不同级数、几何图形中的任意一种或两种的组合。为了很好地解释本专利技术，以正多边形图案为例，本专利技术中所述的周期可以理解为若将正多边形平均分为4个等正多边形，所形成的周期即为4个周期，重复上述的划分图方法，优选地，划分为4个周期，9周期，16周期；本专利技术中所述的级数可以理解为以常规正多边形为一级分形图，二级分形图是在一级分形图的基础上，以某一规律平均划分成多个相似图形；重复上述的划分图方法，依次得到三级、四级、五级、······、N级分形图。本专利技术所述的几何图形是指正三角形、正方形、正六边形任意一种或两种之间的组合。优选地，所述的分形几何图案包括二级分形几何图案或三级分形几何图案或二级周期组合式分形几何图案；所述的二级分形几何图案包括正三角形二级分形几何图案、正方形二级分形几何图案、正六边形二级分形几何图案。所述的二级周期组合式分形几何图案为将一个正方形平均分成四个大正方形，任意选取呈对角线分布的两个大正方形并平均分成四个中正方形，另外两个呈对角线分布的大正方平均分成九个小正方形。本专利技术所提供的一种利用分形几何原理设计的金属网格型透明电极，所述的金属网格层为单层或多层。所述的单层是指金属网格的各级分形图案在同一层；多层分形是指金属网格的各级分形图案在不同层，一级分形网格在最上层。所述衬底选自玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯、TCO/玻璃或TCO/聚对苯二甲酸乙二醇酯；所述TCO为氧化锌、氧化锡、氧化铟、掺铝氧化锌、掺氟氧化锡或掺锡氧化铟。所述金属网格层为由银、铜、金、铂、镍、铝中的任意一种或两种以上合金形成的层。进一步地，本专利技术所提供的一种利用分形几何原理设计的金属网格型透明电极适用于各类金属网格型透明电极的制备工艺。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术所提供的利用分形几何原理设计的金属网格型透明电极借助分形几何学理论对金属网格图案进行改进，克服了现有金属网格结构仅以网格宽度、网格间距为调节手段时对金属网格透明电极综合光电性能方面的局限性，与现有的纯周期网格图案透明电极相比本专利技术所提供的分形网格图案电极具有更好的品质因子，可以更大程度地提升金属网格电极的综合光电性能。（2）分形几何图案以不同周期、不同级数、几何图形之间互相组合，图案设计灵活多变，可以实现多种分形网格图案形式的金属网格制备。根据实际要求，可以通过结合网格宽度、网格间距进行综合调控来提升透光性和导电性能，实现对金属网格型透明电极的综合性能优化。（3）本专利技术所提供的金属网格电极制备方法简单、对工艺要求低，适合大规模的工业化生产。附图说明图1为EZCAD软件绘制的网格宽度为0.2mm的正方形网格图案示意图；其中，图(a)为网格间距为1.8mm的常规周期网格图案，图(b)为网格间距为0.8mm的常规周期网格图案，图(c)为网格间距分别为1.8mm和0.8mm的正方形二级分形几何图案；图2为实施例1制备的Ag网格/玻璃透明电极的光学显微镜图；其中图(a)为网格间距1.8mm叠加式常规周期Ag网格/玻璃透明电极，图(b)为网格间距为0.8mm的叠加式常规周期Ag网格/玻璃透明电极，图(c)为叠加式正方形二级分形Ag网格/玻璃透明电极；图3为EZCAD软件绘制的网格宽度为0.2mm的正方形网格图案示意图；其中，图(a)为网格间距为1.8mm的常规周期网格图案，图(b)为网格间距为0.8mm的常规周期网格图案，图(c)为网格间距为0.3mm的常规周期网格图案，图(d)为网格间距分别为1.8mm、0.8mm和0.3mm的正方形三级分形几何图案；图4为实施例2中制备的Ag网格/玻璃透明电极的光学显微镜图；其中图(a)为网格间距为1.8mm的叠加式常规周期Ag网格/玻璃透明电极，图(b)为网格间距为0.8mm的叠加式常规周期Ag网格/玻璃透明电极，图(c)为网格间距为0.3mm的叠加式常规周期Ag网格/玻璃透明电极，图(d)为叠加式正方形三级分形Ag网格/玻璃透明电极；图5为EZCAD软件绘制的正六边形网格图案示意图；其中，图(a)为边长为1.0mm的常规周期网格图案，图(b)为边长为0.5mm的常规周期网格图案，图(c)为边长分别为1.0mm和0.5mm的正六边形二级分形几何图案；图6为实施例3中制备的正六边形Cu网格/FTO透明电极的光学显微镜图；其中(a)为边长为1.0mm的内嵌式正六边形周期Cu网格/FTO透明电极，图(b)为边长为0.5mm的内嵌式正六边形周期Cu网格/FTO透明电极，图(c)为边长分别为1.0mm和0.5mm的内嵌式正六边形二级分形Cu网格/FTO透明电极；图7为EZCAD软件绘制的网格宽度为0.15mm的正方形网格图案示意图；其中，图(a)为网格间距为1.3mm的常规周期网格图案，图(b)为网格间距为0.8mm的常规周期网格图案，图(c)为网格间距分别为1.3mm和0.8mm的正方形二级周期组合式分形网格图案；图8为实施例4中制备的Ag本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用分形几何原理设计的金属网格型透明电极，其特征在于，金属网格型透明电极衬底上沉积具有分形网格图形的金属网格层，所述网格图形部分与整体之间具有自相似性。

【技术特征摘要】
1.一种利用分形几何原理设计的金属网格型透明电极，其特征在于，金属网格型透明电极衬底上沉积具有分形网格图形的金属网格层，所述网格图形部分与整体之间具有自相似性。2.根据权利要求1所述的利用分形几何原理设计的金属网格型透明电极，其特征在于，所述分形网格图形为基于分形几何理论方法构建正多边形的分形几何图案，并以分形几何图案为基本单元，按透明电极外观尺寸大小进行扩充；所述正多边形为等边三角形或正方形或正六边形。3.根据权利要求2所述的利用分形几何原理设计的金属网格型透明电极，其特征在于，所述分形几何图案包括以不同周期、不同级数、几何图形中的任意一种或两种的组合。4.根据权利要求3所述的利用分形几何原理设计的金属网格型透明电极，其特征在于，所述的分形几何图案为二级分形几何图案或三级分形几何图案或二级周期组合式分形几何图案。5.根据权利要求4所述的利用分形几何原理设计的金属网格型透明电极，其特征在于，所述的二级分形几何图案包括正三角形二级分形几何图案、正方形二级分形几何图案正六边形二级分形几何图案。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：李保家，王永瑛，黄立静，李皇，李双双，王轶伦，王天宇，任乃飞，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32