导电薄膜复合材料制造技术

本公开内容的实施例涉及薄导电复合材料，例如生物传感器电极，其含有聚合物膜基材和邻近基材设置的导电层。导电层包括氪和导电材料。导电层具有不大于约150纳米的平均厚度。导电层具有不大于约3.0的标准化厚度(t/λ)。此外，该复合材料具有不大于约97.077t‑1.071ohm/sq的方块电阻，其中t代表以纳米计的导电层的厚度。

Conductive film composite

The embodiment of the disclosure relates to thin conductive composite materials, such as biosensor electrodes, which contain polymer film base material and conductive layer arranged near the substrate. The conductive layer consists of krypton and conductive materials. The conductive layer has an average thickness of less than 150 nanometers. The conductive layer has a normalized thickness of less than about 3 (t/ lambda). In addition, the composite material has the square resistance of no more than about 97.077t 1.071ohm/sq, which represents t conductive layer with nano meter thickness.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】导电薄膜复合材料
本公开内容涉及导电薄膜复合材料，并且更具体地，涉及可用于生物传感器电极中的导电薄膜复合材料。
技术介绍
薄膜复合材料例如在生物传感器电极中使用的那些通常采用在柔性基材的顶上的导电层。通常，导电层可包括贵金属。随着贵金属的价格上涨，已付诸努力以降低薄膜复合材料中的贵金属量。迄今为止，这样的努力在降低所使用的贵金属的量而不会不利地影响薄膜复合材料的导电性或其他材料性质方面是不成功的。此外，与该问题组合，导电层在低厚度下表现不同，使得预测对较厚的层起作用的成功方法非常困难，甚至是不可能的。例如，具有小于100纳米、且特别是小于60纳米的厚度的导电层在许多材料性质中表现与较厚的层非常不同。令人惊讶的是，本专利技术人能够显著降低导电层的厚度，并且因此降低所使用的贵金属材料的量，而不牺牲在许多参数包括导电性、耐磨性、粘附性、密度、耐腐蚀性、电化学性能及其组合方面的性能。附图说明实施例通过举例的方式示出，并且不限于附图。图1包括根据本公开内容的一个实施例的薄导电复合材料的图示。图2包括31.2nmAu膜的四周期循环伏安图的图示，其中示出了可逆和可重复的氧化和还原过程。图3示出了根据本公开内容的实例1，以纳米计的导电层的厚度相对于电阻率的图。图4示出了根据本公开内容的实例1，复合材料的电阻率相对于氪体积分数的图。图5示出了根据本公开内容的实例1，厚度相对于方块电阻的图。图6示出了根据本公开内容的实例2，厚度相对于刮痕宽度的图。技术人员应了解附图中的元件是为了简单和清楚而示出，并且不一定按比例标绘。例如，附图中的一些元件的尺寸可相对于其他元件放大，以帮助改进本专利技术的实施例的理解。具体实施方式本专利技术提供了与附图组合的下述说明书，以帮助理解本文公开的教导。下文讨论将集中于教导的具体实现和实施例。提供该重点以帮助描述教导且该重点不应解释为对教导的范围或适用性的限制。然而，基于如本申请中公开的教导可使用其他实施例。术语“包含”、“包括”、“具有”或它们的任何其他变体旨在涵盖非排他性的包括。例如，包括一系列特征的方法、制品或装置不必仅限于那些特征，而是可包括未明确列出的或者该方法、制品或装置所固有的其他特征。此外，除非明确相反指出，“或”指包括性的或，而非排他性的或。例如，条件A或B由如下任一者满足：A为真(或存在)且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)且B为真(或存在)，以及A和B均为真(或存在)。另外，“一种”或“一个”的使用用于描述本文描述的元件和部件。这样做仅为了便利，并提供本专利技术的范围的一般含义。该描述应理解为包括一种、至少一种、或还包括复数的单数，或反之亦然，除非其明确另有含义。例如，当单个项目在本文中得到描述时，超过一个项目可代替单个项目使用。类似地，当超过一个项目在本文中得到描述时，单个项目可替代该超过一个项目。除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语均具有与本专利技术所属领域普通技术人员通常理解相同的含义。材料、方法和例子仅是举例说明性的并且不意在为限制性的。就本文未描述的程度而言，关于具体材料和处理动作的许多细节是常规的，并且可在导电薄膜领域的教课书及其他来源中找到。本公开内容涉及在非常低的厚度下具有改进的导电性的导电薄膜复合材料。该概念考虑到下述实施例将得到更佳理解，所述实施例举例说明而不限制本专利技术的范围。现在参考图1，本专利技术的一个方面涉及导电薄膜复合材料10，例如用于生物传感器电极的导电薄膜复合材料。导电复合材料10可包括基材20和邻近基材20设置的导电层30。在特定实施例中，例如图1所示，导电复合材料10可基本上由基材20和导电层30组成，其中所述导电层30直接邻近基材层20并且接触基材层20。基材可包括可用于制造导电薄膜复合材料的任何基材材料。在特定实施例中，基材可包括聚合物膜。例如，合适的聚合物膜可包括聚烯烃，例如聚酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺或其组合。此外，在特定实施例中，合适的聚合物膜可被描述为热塑性聚合物膜。在非常特定的实施例中，基材可包括聚酯膜，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。基材层可具有期望的低厚度。例如，在特定实施例中，基材层可具有不大于约500微米、不大于约400微米、或甚至不大于约350微米的厚度。在进一步的实施例中，基材层可具有至少约1微米、至少约12微米、或甚至至少约100微米的厚度。此外，基材层可具有在约12微米至约500微米、或甚至约100微米至约350微米范围内的厚度。在特定实施例中，可在施加导电层之前热处理基材。热处理可降低在导电层沉积过程期间的收缩和/或改进热稳定性。在其他实施例中，基材不能进行热处理。再次参考图1，导电薄膜复合材料10包括导电层30。在最宽泛的实施例中，导电层可包括任何期望的导电材料。在特定实施例中，导电层可包括导电材料，例如铝、碳(例如石墨)、钴、铜、金、铟、铱、铁、镁、镍、铌、锇、钯、铂、铼、铑、硒、银、钽、锡、钛、钨、钒、锆、其混合物、或者这些元素的合金、氧化物或金属化合物。在非常特定的实施例中，导电材料可包括贵金属。在再进一步的特定实施例中，导电材料可包括金、钯或其组合。在某些实施例中，导电材料可包括金或甚至基本上由金组成。在其他实施例中，导电材料可包括钯或甚至基本上由钯组成。除导电材料之外，导电层还可包括来自溅射气体的溅射原子。例如，导电层可包括氩、氪、氙、氖或其组合。在特定实施例中，导电层可包括氪。在进一步的实施例中，导电层可包括氪和另一种元素，例如氩和/或氙。在非常特定的实施例中，导电层可基本上由导电材料和氪组成。在再进一步的特定实施例中，导电层可基本上由金和/或钯和氪组成。如下文更详细地讨论的，本公开内容的特定实施例包括形成导电薄膜复合材料的方法，所述方法可包括独特的溅射工艺。溅射工艺的结果包括来自溅射气体的上述溅射原子填充在导电材料的原子之间的掺入。实际上，本公开内容的某些实施例的特定优点是使用氪作为溅射气体，并且因此将氪掺入特别是用于薄膜生物传感器电极的所形成的导电层内。如下文实例所证实的，在非常薄的导电复合材料中掺入作为溅射气体的氪，显示出在性质例如导电性、耐磨性、粘附性、密度、耐腐蚀性、电化学性能及其组合方面显著和出乎意料的益处。这些实质性改进已使得能够产生薄导电复合材料，以实现根据导电层厚度的无与伦比的性能。例如，在使用显著较少量的导电材料(即减少的厚度)的同时，可维持与现有技术等价的性能。如本领域众所周知的二次离子质谱法(SIMS)用于检测和定量在导电层的不同深度处的溅射原子的含量和组成。通过这种能力，本专利技术人能够开发独特的溅射工艺，所述溅射工艺控制通过导电层的厚度的溅射原子的含量。在非常特定的实施例中，如根据SIMS测量的，溅射的非导电原子可在约5纳米的深度处以至少约1x1010个原子/cm3、至少约1x1012个原子/cm3、至少约1x1014个原子/cm3、至少约1x1016个原子/cm3、至少约1x1018个原子/cm3、或甚至至少约1x1019个原子/cm3的量存在于导电层中。此外，如根据SIMS测量的，导电层可具有在约5纳米、约10纳米、约20纳米、约30纳米、约40纳米、约50纳米、约60纳米、或甚至约70纳米的深度处上述含量的溅射的非导电原子。如本文件自始至终所述，导电层可具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物传感器电极，所述生物传感器电极包括：a.聚合物膜基材；和b.邻近所述基材设置的导电层；c.其中所述导电层包含氪和导电材料；d.其中所述导电层具有不大于约150纳米的平均厚度；e.其中所述导电层具有不大于约3.0的标准化厚度(t/λ)；和f.其中所述复合材料具有不大于约97.077t

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.27 US 62/1670911.一种生物传感器电极，所述生物传感器电极包括：a.聚合物膜基材；和b.邻近所述基材设置的导电层；c.其中所述导电层包含氪和导电材料；d.其中所述导电层具有不大于约150纳米的平均厚度；e.其中所述导电层具有不大于约3.0的标准化厚度(t/λ)；和f.其中所述复合材料具有不大于约97.077t-1.071ohm/sq的方块电阻，其中t代表以纳米计的所述导电层的厚度。2.一种形成生物传感器电极的方法，所述方法包括：a.提供基材层；b.使用包含氪的溅射气体经由溅射技术形成导电层；c.其中所述导电层具有不大于约150纳米的平均厚度；d.其中所述导电层具有不大于约3.0的标准化厚度(t/λ)；和e.其中所述复合材料具有不大于约97.077t-1.071ohm/sq的方块电阻，其中t代表以纳米计的所述导电层的厚度。3.一种复合材料，所述复合材料包括：a.基材；和b.邻近所述基材设置的导电层；c.其中所述导电层具有不大于约150纳米的厚度；d.其中所述导电层包含来自溅射气体的溅射原子和导电材料；e.其中所述导电层具有至少约10.61g/cm3的标准化密度；f.其中所述复合材料具有下述特征中的至少两个：i.所述导电层具有不大于约3.0的标准化厚度(t/λ)；和ii.所述复合材料具有不大于约97.077t-1.071ohm/sq的方块电阻，其中t代表以纳米计的所述导电层的厚度；iii.如根据SIMS测量的，来自溅射气体的所述溅射原子在约5纳米的深度处以至少约1x105个原子/cm3的量存在于所述导电层中；iv.所述复合材料具有不大于约65ohms.nm的电阻率；v.如根据4点探针测量的，在室温下老化3个月后，所述复合材料具有不大于约30％的方块电阻变化；vi.如伏安图中所示并且如在多重循环伏安法扫描期间测量的，在10个周期后，所述复合材料具有不大于约30％的氧化峰的电流密度和电位中的移位；vii.所述导电层具有每250克负荷的周期不大于约50％的方块电阻变化的耐磨性；viii.如根据交叉影线测量测量的，所述导电层具有至少约5B的剥离强度；ix.所述导电层具有不大于87微米的耐刮伤性。4.根据权利要求3所述的复合材料，其中所述复合材料具有下述特征中的至少五个：i.所述导电层具有不大于约3.0的标准化厚度(t/λ)；和ii.所述复合材料具有不大于约97.077t-1.07...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·许，F·林哈特，
申请(专利权)人：美国圣戈班性能塑料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US