一种基于纳米压印的柔性透明导电膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于纳米压印的柔性透明导电膜及其制备方法。该柔性透明导电薄膜主要由已经压印出微纳米槽的柔性透明衬底和槽内的导电材料两部分组成。其特点是首先利用纳米压印机在柔性透明衬底材料上压印出微米或纳米宽的沟槽，然后利用液相法在槽内生成导电材料，这些材料均匀粘附在槽的底部和侧面，相互连接，形成导电网络或临边相接的阵列组合。而槽外区域的金属膜通过抛光去除，因此槽外的区域依然透明。该方法直接在透明衬底上压制出沟槽，不需要在衬底的上表面涂抹压印胶，因此大大降低了透明导电膜的制备成本，缩短了制备周期。而且通过直接采用液相法在透明衬底的槽内生成导电膜，膜层均匀平整，解决了通过刮涂导电墨水等技术制备薄膜膜层表面粗糙、易出现空洞的问题，进一步降低了透明导电膜的方块电阻，提高了薄膜的电导率。

Flexible transparent conductive film based on nano imprint and preparation method thereof

The invention discloses a flexible transparent conductive film based on nano imprint and a preparation method thereof. The flexible transparent conductive film is mainly composed of two parts: a flexible transparent substrate with a micro nano groove and a conducting material in the groove. Its characteristics are printed in micron or nanometer wide trench using nanoimprint machine on a flexible transparent substrate, and then using liquid phase method to generate the conductive material in the groove, the material uniformly on the tank bottom and side, connected to each other, forming a conductive network or edge connected array combination. The metal film outside the groove is removed by polishing, so the outside of the groove remains transparent. The method directly suppresses the groove on the transparent substrate, and does not need to apply the impression glue on the upper surface of the substrate, thereby greatly reducing the preparation cost of the transparent conductive film and shortening the preparation cycle. And by directly using liquid phase method to generate the conductive film on the transparent substrate groove, the film is uniform and smooth, solved by scraping conductive ink and preparation technology of thin film surface roughness, prone to empty, to further reduce the sheet resistance of the transparent conductive film, improve the conductivity of the film.

【技术实现步骤摘要】
一种基于纳米压印的柔性透明导电膜及其制备方法
本专利技术涉及柔性透明导电膜的制备方法，是一种基于纳米压印和液相镀膜生成透明导电薄膜的制备方法。
技术介绍
透明导电薄膜是一种既透明又导电的薄膜。因其在可见光范围内具有高的透过率和较高的电导率，已经在制造发光器件、光伏器件、光波导、传感器、平板液晶显示器、电致变色窗、电磁屏蔽和防静电膜等领域得到了广泛的应用。而随着科学技术的发展，越来越多的电子器件开始朝柔性化、超薄化方向发展，使得对柔性透明导电薄膜的需求日益迫切。柔性透明导电薄膜不但具有玻璃基片透明导电薄膜的光电特性，并且还有许多独特优点，例如可提供比传统ITO更具有极佳的耐久性，高挠曲性、低阻值、轻重量、小体积、不易碎、易于大面积生产、低成本和便于运输等，可广泛应用于可弯曲显示器、塑料大棚、汽车玻璃和民用建筑玻璃贴膜、可绕曲的便于携带的太阳能电池、智能皮肤、可穿戴设备及传感器等领域。因此，开发光电性能优良的柔性透明导电薄膜具有广阔的应用前景。目前柔性透明导电膜工业化应用最多的是ITO透明导电薄膜，但是该材料比较脆,制备温度较高，此外因为膜中含有金属In，它是一种稀有金属，比较稀缺，价格比较昂贵，成本高，并且In有毒，污染环境，不利于环保，所以从长远来看，不利于可持续发展。因此近几年越来越多的研究人员致力于寻求各种新的材料来替代ITO。如：如柔性衬底上的Zn0基透明导电薄膜、透明金属或合金薄膜、导电氧化物/金属膜/导电氧化物三层结构的多层膜、基于银纳米线或纳米颗粒的透明导电薄膜、基于石墨烯和纳米碳管的透明导电薄膜、导电氮化物和硼化物薄膜及有机高分子材料导电薄膜等。目前制备柔性透明导电薄膜的方法很多，可分为物理沉积技术和化学沉积技术两大类，其中物理沉积技术主要包括磁控溅射、真空蒸发镀膜、脉冲激光沉积、离子镀膜、丝印和喷墨打印法等；化学沉积技术主要包括化学气相沉积、溶胶凝胶、喷雾热解以及分子束外延等。过去制备ITO薄膜使用最多的为磁控溅射镀膜法。该方法直接在柔性衬底上通过磁控溅射镀膜机得到透明的导电薄膜。而随着自然界中In含量的减少，印刷法则是最近几年来制备非In柔性透明导电膜的主要方法，该方法先将带有纳米量级的金属材料溶于有机溶剂中制备成导电墨水，然后通过印刷或打印技术将导电墨水沉积在柔性透明衬底上，经烧结后形成导电网络。通过控制导电网络的线宽，使其最大宽度限制在人眼的分辨率以下，无线条的区域为透光区域，从而在一定范围实现了对薄膜表面方块电阻和透光率的控制。使用印刷方法制备图形化柔性透明导电薄膜的公司主要有大日本印刷公司，富士胶片、索尼公司以及德国公司PolyIC公司等。这些公司大部分利用印刷法，通过使导电性粒子形成微细网状图案或形成透明薄膜，获得了可弯曲的性能优异的透明导电薄膜。但是采用印刷技术制作的透明导电膜薄膜中图形分辨率受到印刷工艺的制约，难以满足高分辨的应用需求，而且透明衬底上印刷的导电网络是高出衬底表面的，极易被划伤或刮伤。因此最近一些公司采用压印技术来制备透明导电薄膜，该方法可仅在薄膜底板上所需要的部分形成均一图案。这样一来，便可省去蒸镀及蚀刻等多道生产工序。而且采用纳米压印或卷到卷方式进行连续生产，从而实现了规模化生产。美国UniPixel公司和国内的苏州纳格光电科技有限公司都采用这种方法制备柔性衬底上图形化的透明导电膜。但是这两个公司都使用导电墨水作为生成导电膜的原材料，这些墨水在填充金属膜的过程中，容易出现空洞或断线，因此可能会影响产品的成品率和稳定性。而且苏州纳格光电公司是将导电膜沉积在与衬底一体化接合的透明压印胶的沟槽内，由于压印胶比较贵，因此增加了导电膜的成本，延长了生产的周期，而且由于压印胶对光的透过率也低于100%，所以导致最终形成的导电膜对光的总透光率降低。综上所述，制备与环境可兼容、绿色无毒、价格低廉、导电性和透光性良好的图形化柔性透明导电膜依然是最近产业界研究的热点。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有金属颗粒导电墨水烧结成膜时由于存在的空洞和断线，从而导致透明导电薄膜局部电阻率过高的问题，提供了一种纳米压印辅助的柔性透明导电薄膜及其制备方法。该方法不需要使用压印胶，因此大大降低了生产的成本，缩短了制备周期。为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种基于纳米压印的柔性透明导电膜及其制备方法，薄膜主要包括：带有微纳米多边形沟槽网络或圆形凹槽阵列组合的柔性透明衬底和沉积在沟槽或凹槽内的导电材料。其中微纳米沟槽或凹槽结构具有图形化，其面积占整个衬底面积的30%以下；沟槽或凹槽内的导电材料，为原材料液相反应后生成的导电膜。导电膜以外的区域为透光区域。前述的柔性透明导电膜，所述的沟槽或凹槽结构是以多边形沟槽为基本单元的网络结构和以圆形凹槽为基本单元的阵列组合。其中多边形结构包括：三角形、梯形、矩形、正方形、菱形、五边形、六边形、八边形等或几种形状的复合结构。圆形凹槽结构包括：圆形、半圆、椭圆、环形、圆柱形、圆台或其复合结构等。这些沟槽或凹槽阵列通过多边形邻边共享相连通构成金属网络或通过圆形凹槽临边相接构成金属阵列组合。前述的柔性透明导电膜，所述多边形沟槽结构，任意段沟槽均为长方形结构，且沟槽宽度为100nm～10μm，沟槽深度为50nm～10μm。前述的柔性透明导电薄膜，所述的柔性透明导电薄膜，所述凹槽阵列结构，任意段凹槽的直径或边长为100nm～10μm，沟槽深度为，100nm～10μm。前述的柔性透明导电薄膜，所述透明衬底为在可见光波段透光率大于85％所有柔性可压印材料，如聚对苯二甲酸乙二醇醋(PET)、甲丙烯酸甲酯（PC俗称亚克力）、添加了增塑剂的柔性聚氯乙烯(PVC)和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA俗称有机玻璃）、聚酰亚胺(PI)、聚邻苯二酰胺(PPA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚甲基乙烯基硅氧烷（PVMS）等。前述的柔性透明导电薄膜，所述导电材料为原材料液相反应后生成的各种导电膜。其种类为以下几种薄膜中的一种如铟锡氧化物、IIVI族导电氧化物、碳纳米管、银纳米线、导电高分子材料、石墨烯墨水、金属或合金等薄膜。为了制备上述基于纳米压印的柔性透明导电膜，起技术解决方案如下：一种柔性透明导电薄膜的制备方法，其特征主要包括以下步骤：I、根据需求设计多边形的导电网络或圆形阵列组合的三维结构压印模版，使其导电网络或阵列组合中导电膜的面积占模版总表面积的30％以下；II、使用光刻技术制备硅或石英三维模版；III、在硅或石英模版的基础上，基于PDMS的复制工艺,结合微电铸方法,复制出与原模版结构和尺寸相同的金属镍模版；IV、利用压印技术在透明柔性衬底上压制出多边形沟槽网络或圆形凹槽阵列组合；V、在多边形沟槽网络或圆形凹槽中填入液相反应能生成导电膜的原材料料，材料的填充体积小于沟槽的体积，然后冲洗晾干；VI、采用抛光的方法将沟槽或凹槽外的金属膜去除。上述的一种柔性透明导电薄膜的制备方法，其特征在于步骤I中所述设计多边形沟槽网络或圆形凹槽阵列三维结构的方法包括：①选定透明的柔性衬底和导电材料；②根据人眼对事物的最小分辨率，结合压印工艺的要求，在满足薄膜总透过率达到初始设定值的条件下，设计槽的图形、线宽和占空比，③根据压印模版的图形，结合所制备的透明导电薄膜方块电阻的实验结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于纳米压印的柔性透明导电膜及其制备方法，其特征在于，包括带有微纳米多边形沟槽网络或圆形凹槽阵列组合的透明衬底和沉积在沟槽或圆形凹槽内的导电材料；其中微纳米沟槽或凹槽结构具有图形化，其面积占整个衬底面积的30%以下；沟槽或凹槽内的导电材料，为原材料液相反应后生成的导电膜；导电膜以外的区域为透光区域。

【技术特征摘要】
1.一种基于纳米压印的柔性透明导电膜及其制备方法，其特征在于，包括带有微纳米多边形沟槽网络或圆形凹槽阵列组合的透明衬底和沉积在沟槽或圆形凹槽内的导电材料；其中微纳米沟槽或凹槽结构具有图形化，其面积占整个衬底面积的30%以下；沟槽或凹槽内的导电材料，为原材料液相反应后生成的导电膜；导电膜以外的区域为透光区域。2.根据权利要求1所述的柔性透明导电膜，其特征在于：所述的沟槽或凹槽结构是以多边形沟槽为基本单元的网络结构和以圆形凹槽为基本单元的阵列组合；其中多边形结构包括：三角形、梯形、矩形、正方形、菱形、五边形、六边形、八边形等或几种形状的复合结构；.圆形凹槽结构包括：圆形、半圆、椭圆、环形、圆柱形、圆台或其复合结构等；这些沟槽或凹槽阵列通过多边形邻边共享相连通构成金属网络或通过圆形凹槽临边相接构成金属阵列组合。3.根据权利要求1所述柔性透明导电薄膜，其特征在于：所述多边形沟槽结构，任意段沟槽均为长方形结构，且沟槽宽度为100nm～10μm，沟槽深度为50nm～10μm。4.根据权利要求1所述的柔性透明导电薄膜，其特征在于：所述凹槽阵列结构，任意段凹槽的直径或边长为100nm～10μm，沟槽深度为,100nm～10μm。5.根据权利要求1所述柔性透明导电薄膜，其特征在于：所述透明衬底为在可见光波段透光率大于85％所有柔性可压印材料，如聚对苯二甲酸乙二醇醋(PET)、甲丙烯酸甲酯（PC俗称亚克力）、添加了增塑剂的柔性聚氯乙烯(PVC)和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA俗称有机玻璃）、聚酰亚胺(PI)、聚邻苯二酰胺(PPA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚甲基乙烯基硅氧烷（PVM...

【专利技术属性】
技术研发人员：仇明侠，
申请(专利权)人：仇明侠，
类型：发明
国别省市：广东,44