一种柔性透明铜电路及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于材料加工技术领域，公开了一种柔性透明铜电路及其制备方法与应用。具体具体包括以下步骤：(1)将铜粉凝胶均匀的涂覆在玻璃片的其中一面，然后干燥形成铜薄膜层；(2)再将玻璃片涂覆有铜薄膜层的一面对着基底相对放置，然后用激光束扫描另一面，使铜薄膜层转移至基底表面，经后处理得到柔性透明铜电路。其中在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底上制备的金属电路在高达138°的弯曲条件下表现出优异的性能，而ITO基器件在60°的弯曲条件下出现裂纹和不可逆的失效。表明铜薄膜在柔性光伏应用中具有巨大潜力。同时由于激光加工速度快和固有的灵活性，转移的金属线路可自由设计，加工效率较高有望实现大规模生产。

A flexible transparent copper circuit and its preparation and Application

The invention belongs to the technical field of material processing, and discloses a flexible transparent copper circuit and a preparation method and application thereof. Specifically, the following steps are specifically included: (1) coating the copper powder gel evenly on one side of the glass sheet, then drying to form a copper film layer; (2) placing the side of the glass film coated with copper film layer opposite to the substrate, and then scanning the other side with the laser beam, so that the copper film layer is transferred to the substrate surface, and then the flexible transparent copper circuit is obtained through post-processing. The metal circuit fabricated on flexible polyethylene terephthalate substrate shows excellent performance under the bending condition of 138 \u00b0, while ITO based devices show cracks and irreversible failure under the bending condition of 60 \u00b0. It shows that the copper film has great potential in the application of flexible photovoltaic. At the same time, due to the high speed and inherent flexibility of laser processing, the transferred metal circuit can be designed freely, and the high processing efficiency is expected to achieve large-scale production.

【技术实现步骤摘要】
一种柔性透明铜电路及其制备方法与应用
本专利技术属于材料加工
，特别涉及一种柔性透明铜电路及其制备方法与应用。
技术介绍
透明导体如氧化铟锡(ITO)、掺杂镓的氧化锌(GZO)和聚(苯乙烯磺酸盐)在触摸显示计算的发展中起到了核心作用。同时，可穿戴设备、光伏和其他可弯曲光电薄膜技术需要具有高透光率的坚固电子接口。然而，想要成功地将这些设备集成到未来可穿戴装置的“软物质”技术中，例如人机界面，仿生接触或活体神经元与电阻开关设备的直接接口，需要新一代的“光学透明”导体，将与软生物组织的机械性能相匹配的材料制成透明的。这一领域的工作主要集中在两个领域：合成复合材料(例如，带有导电纳米填料的弹性体)和多功能材料，即将高性能导电材料与可拉伸聚合物结合形成的材料(弹性体基底上有图案化金属膜)。第一类材料包括将各种可拉伸导电材料通过加载透明弹性聚乙烯开发成具有肉眼看不到的微粒凝胶，如碳纳米管、石墨烯、金属纳米线或金属盐。这类材料有一定的可拉伸性，低电阻和高光学透明度，它们表现出重要的机电和光机耦合和滞后性能。但这类材料主要通过酸溶液实现石墨烯和碳纳米管的转移，对环境破坏较大。第二类材料是在软聚合物基板上制备金或铜的图形化网格基板，其电阻和透光率之间的平衡关系可通过导电材料的厚度，可见不透明特征之间的空间距离进行调整。然而，这些多功能材料结构表现出很差的可拉伸性，并且由于不可拉伸金属网的平面外变形会容易发生机械故障，同时金属图案不能自主设计，缺乏灵活性。综上，目前这些技术只限于实验室的测试和实验，无法满足工业应用的要求。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种柔性透明铜电路的制备方法。本专利技术另一目的在于提供上述方法制备得到的柔性透明铜电路。本专利技术再一目的在于提供上述柔性透明铜电路在光学透明导体中的应用。本专利技术的目的通过下述方案实现：一种柔性透明铜电路的制备方法，具体包括以下步骤：(1)将铜粉凝胶均匀的涂覆在玻璃片的其中一面，然后干燥形成铜薄膜层；(2)再将步骤(1)所得玻璃片涂覆有铜薄膜层的一面对着基底相对放置，然后用激光束扫描另一面，使铜薄膜层转移至基底表面，经后处理得到柔性透明铜电路。步骤(1)所述铜粉凝胶的制备方法为将二缩水甘油基聚乙二醇(EO-PEG-EO)凝胶和单质铜粉混合10～40分钟，优选为在机械混合粉机上进行混合；所述铜粉凝胶中铜粉的固含量为0.89～1.34g/cm3。优选地，所述EO-PEG-EO凝胶的制备方法为：将二缩水甘油基聚乙二醇与有机溶剂按照体积比1:0.5～3的比例混合均匀，然后在惰性气体和氮气下于室温中搅拌3个小时。更优选地，所述有机溶剂为丙酮，所述体积比为1:1。步骤(1)所述铜粉凝胶的用量与玻璃片的面积比为2～3g/m2；步骤(1)所述涂覆为将铜粉凝胶滴至玻璃片后，以800～1500rpm的速度离心1～10min；优选为以1000rpm的速度离心4min。步骤(1)所述干燥为将涂覆有铜粉凝胶的玻璃片在干燥器中干燥1～5小时，优选为干燥2小时。步骤(2)所述基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和聚氯乙烯树脂等中的一种。步骤(2)所述铜薄膜层与基底的间距为3～5mm。步骤(2)所述激光束的输出功率为4～6W，扫描速度为500～800mm/s，频率为20～50kHz。步骤(2)所述后处理为将所得覆有铜薄膜层的基底在丙酮中清洗10～20min去除铜线路中的凝胶。本专利技术未指明的反应温度和室温均为20～35℃。一种根据上述方法制备得到的柔性透明铜电路。上述柔性透明铜电路在光学透明导体中的应用。所述光学透明导体为太阳能电池的电极或柔性透明显示装置。本专利技术的机理：本专利技术通过激光束可以穿透玻璃片将铜薄膜层转移到基底表面，基底上铜薄层的厚度可以实现亚微米级，同时保持良好的导电性；所得柔性透明电路的铜薄膜层的铜粉末没有通过化学键与基底结合，因此当线路发生弯折时，铜线路内的粉末可以通过层间滑移避免断裂。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：本专利技术采用激光等离子体驱动微加工技术将铜薄膜转移到透明衬底上，可得到透明、可拉伸和高柔性铜薄膜电路。这些薄膜由透明弹性体上金属铜线的网格状阵列组成。其中在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底上并排地制备的金属电路在高达138°的弯曲条件下表现出优异的性能，而ITO基器件在60°的弯曲条件下表现出裂纹和不可逆的失效，表明铜薄膜在柔性光伏电池应用中具有巨大潜力。同时由于激光加工速度快、简单性和固有的灵活性，转移的金属线路可自由设计，加工效率较高有望实现大规模生产。附图说明图1为本专利技术的试验流程图图2为实施例1中所得单条铜线路的原子力显微镜三维图。图3为实施例1所得不同网格大小的铜线路的原子力显微镜二维图，其中图(a)为边长为200μm，图(b)为边长为300μm，图(b)为边长为400μm，图(b)为边长为500μm。图4为实施例1所得不同网格大小的柔性透明铜线路和ITO的透光率图。图5为实施例1所得铜线路进行弯曲试验和实验装置图，其中图(a)为循环弯曲试验装置，图(b)为柔性透明铜电路的弯曲变形照片，图(c)为柔性透明铜电路的最大弯曲变形照片。图6为实施例1所得网格边长为400μm的柔性透明铜电路和ITO光伏电池在不同弯曲角度下的电流密度与电压特性图，其中图(a)为柔性透明铜电路；图(b)为ITO光伏电池。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得。本实施例中表征试验步骤参考：PanC,KumarK,LiJ,etal.VisuallyImperceptibleLiquid-MetalCircuitsforTransparent,StretchableElectronicswithDirectLaserWriting[J].AdvancedMaterials,2018,30(12):1706937.实施例1本实施例展示了一个柔性透明铜电路的制备方法，包括如下步骤：(1)选取聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(厚度为2mm)和玻璃片(厚度为1mm)为电路的基底。首先用去离子水冲洗基底，然后把基底材料和玻璃片放在装有无水酒精的烧杯中，置入超声波仪器中清洗20分钟，然后用高纯氦气吹干并放入干燥箱干燥20分钟。(2)将二缩水甘油基聚乙二醇(CAS号：72207-80-8)与丙酮按照体积比1:1的比例混合均匀，然后在氮气下于室温中搅拌3个小时。再采用机械混合的方法，把二缩水甘油基聚乙二醇凝胶和单质铜粉混合，然后将所得混合物在机械混粉机上机械混合30分钟，得到混合均匀的含铜粉凝胶。铜粉的固含量为1.0g/cm3(3)将含铜粉凝胶滴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性透明铜电路的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：/n(1)将铜粉凝胶均匀的涂覆在玻璃片的其中一面，然后干燥形成铜薄膜层；/n(2)再将步骤(1)所得玻璃片涂覆有铜薄膜层的一面对着基底相对放置，然后用激光束扫描另一面，将铜薄膜层转移至基底表面，经后处理得到柔性透明铜电路。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性透明铜电路的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)将铜粉凝胶均匀的涂覆在玻璃片的其中一面，然后干燥形成铜薄膜层；
(2)再将步骤(1)所得玻璃片涂覆有铜薄膜层的一面对着基底相对放置，然后用激光束扫描另一面，将铜薄膜层转移至基底表面，经后处理得到柔性透明铜电路。


2.根据权利要求1所述的柔性透明铜电路的制备方法，其特征在于：
步骤(1)所述铜粉凝胶中铜粉的固含量为0.89～1.34g/cm3。


3.根据权利要求1所述的柔性透明铜电路的制备方法，其特征在于：
步骤(1)所述铜粉凝胶的用量与玻璃片的面积比为2～3g/m2。


4.根据权利要求1所述的柔性透明铜电路的制备方法，其特征在于：
步骤(2)所述基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和聚氯乙烯树脂中的一种。


5.根据权利要求1所述的柔性透明铜电路的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁良，袁建东，林国志，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44