一种高度可折叠纳米波纹电极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高度可折叠纳米波纹电极的制备方法，以开发一种具有高度可折叠和易于批量生产特征，并具有超大曲率和高度稳定性的柔性电极。本发明专利技术的电极制备方法包括以下步骤：通过在硅片上旋涂光刻胶、纤维素纤维溶液以及PDMS，经纳米压印技术得到纳米波纹结构衬底，再在其上采用采用双转子衬底非中心沉积法进行溅射，然后光刻，最后进行元件组装及电极剥落所得到一种高度可折叠纳米波纹电极。该制备方法简单易行，适用于多电气应用的大规模生产，具有良好的应用前景。该方法所制备的高度可折叠纳米波纹电极展示了探索柔性电子系统和可穿戴系统的可能性，并介绍了生物医学设备或形状自适应电子产品的新兴应用方向。或形状自适应电子产品的新兴应用方向。或形状自适应电子产品的新兴应用方向。

【技术实现步骤摘要】
一种高度可折叠纳米波纹电极的制备方法


[0001]本专利技术属于电极制备
，特别是涉及一种高度可折叠纳米波纹电极的制备方法，本专利技术制备的纳米波纹电极具有超大曲率和超高稳定性。

技术介绍

[0002]在多功能柔性电子电路中，实现高度可折叠的导电互连，以及完成柔性电子系统的超大弯曲曲率的研究具有很好的发展前景。这种性能不仅有利于可穿戴设备和其他类型的形状适应设备，也适用于生物医学电子和其他设备。传统的金属化薄膜互连在刚性设备中表现出稳定的电子性能，但是却存在低柔性的变形容限问题。现有的解决方案主要是使用先进的材料和建造非常规结构，比如蛇形和波浪形结构布局。但这些方案仍不能完全满足高耐折性和稳定性能的需求。
[0003]目前针对以上问题，已有通过预应变获得的波浪形和蛇形结构布局适用于一些简单特定电路，并提出以纳米线网络为基础的多个互连线，如碳纳米管和银纳米线，对曲线半径的减小提出了一定的期望。然而，纳米线网络互连在机械性能和电学性能上依然面临着可靠性不高的缺陷，限制了他们的实际应用。
[0004]同时，用于柔性电路的高折叠电极的大规模制造和精确组装还是如今的研究的难点。特别是对于可折叠电子系统来说，具有大规模生产能力的可折叠互连是高度期望的。因此开发一种具有高度可折叠和易于批量生产特征，并具有超大曲率和高度稳定性的柔性电极具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种高度可折叠纳米波纹电极的制备方法。本专利技术通过在硅片上旋涂纤维素纤维溶液，经纳米压印技术，所制备得到的纳米波纹结构具有机械柔性与坚固衬底；采用双转子衬底非中心沉积法，通过使用双转子旋转基座Ⅰ、旋转基座Ⅱ将导电金属层沉积在已含缓冲层的基底上。驱动非中心沉积装置，实现与传统的印刷电路板PCB相同的电气的均匀分布导电性。
[0006]本专利技术的技术方案是：
[0007]一种高度可折叠纳米波纹电极的制备方法，电极的金属化互连以不可拉伸的基座为基础，采用预成型的纳米压印工艺，可以将折弯维持在一条小的弯曲半径上，制备工艺和结构的优良性能使制备的电极在任何弯曲表面进行几何变形；具体步骤如下：
[0008]步骤1.分别用丙酮、异丙醇和去离子水清洁平板硅片2。
[0009]步骤2.在预清洗后的硅片2上表面上以3000
‑
4000rpm的旋涂速率旋涂转移光刻胶，旋涂时间40
‑
50秒，然后在150
‑
200℃温度下烘烤8
‑
12min。
[0010]步骤3.在步骤2所得硅片2上以3000
‑
4000rpm旋涂纤维素纤维溶液3，旋涂时间40
‑
50秒，然后在80
‑
100℃温度下烘烤8
‑
12min。
[0011]步骤4.在步骤3所得硅片2上以3000
‑
4000rpm旋涂速率旋涂PDMS，旋涂时间50
‑
80
秒，形成杂化基板4。
[0012]步骤5.将纳米波纹模具5压在步骤4所得的杂化基板4上，压印纳米波纹结构，并在80
‑
100℃温度下烘烤1
‑
1.5小时；所述的纳米波纹模具5具有连续的半圆形波纹结构。
[0013]步骤6.剥离纳米波纹模具5，在硅片2上得到一种有序的几何形状的纳米波纹结构衬底6。
[0014]步骤7.通过双转子衬底非中心沉积法在步骤6所得纳米波纹结构衬底6上预进行直流(DC)溅射，先溅射得到一层厚度为1
‑
3nm二氧化硅作为缓冲层，再溅射导电金属层7。
[0015]所述的双转子衬底非中心沉积法所使用的设备包括旋转底座Ⅰ8、旋转底座Ⅱ9和蒸发源10；旋转底座Ⅰ8围绕中心面向蒸发源10旋转，旋转底座Ⅱ9位于旋转底座Ⅰ8下表面的边缘，纳米波纹结构衬底6固定在旋转底座Ⅱ9的下表面，旋转底座Ⅱ9在其轴线上与纳米波纹结构衬底6共同旋转，从而将蒸发源10所蒸发的物质溅射到纳米波纹结构衬底6的表面；其中，旋转底座Ⅰ8转速为10
‑
15rpm，旋转底座Ⅱ9转速为20
‑
25rpm，溅射直流电源功率为100
‑
120W，溅射总压强为3mTorr，溅射氛围为Ar气体，溅射时间为300
‑
600s。
[0016]步骤8.使用掩膜对准器对光刻胶进行光刻，掩膜版具有电路图案，将掩膜版上的图案转移到已溅射导电金属层7的纳米波纹结构衬底6表面上，速率为4000
‑
5000rpm，反应温度为100
‑
120℃，反应时间为1
‑
2min，并通过干法蚀刻工艺去除多余金属和污染物。
[0017]步骤9.采用100
‑
120W的射频功率使得含氧反应气体激发等离子体放电，产生高活性离子从而去除残留的光刻胶，反应时间2
‑
5min。
[0018]步骤10.用银浆将功能性电子元件组装到纳米波纹结构衬底6表面上电路对应的位置，并在80
‑
100℃温度下烘烤8
‑
12min。
[0019]步骤11.以400
‑
600rpm的旋涂速率在纳米波纹结构衬底表面上旋涂PDMS，旋涂时间50
‑
60s，并在80
‑
100℃温度下烘烤30
‑
40min以防止下一步骤使用的NMP可能会破坏电极，获得电极结构。
[0020]步骤12.使用NMP从硅片2上剥落步骤11所得电极结构，并用去离子水清洗，从而获得高度可折叠纳米波纹电极。
[0021]所述的步骤2中所使用的光刻胶的型号为LOR3A。
[0022]所述的步骤8中所使用的光刻胶的型号为S1818。
[0023]所述的PDMS为聚二甲基硅氧烷，使用简单，同硅片之间具有良好的粘附性，而且具有良好的化学惰性等特点。
[0024]所述的NMP为N
‑
甲基吡咯烷酮，有稳定的化学性，能随水蒸气挥发，能溶解大多数有机与无机化合物、极性气体、天然及合成高分子化合物。
[0025]所述的导电金属层7的材质可以为Au、Al、Pt、Ag、Cu或ITO中的一种。
[0026]所述的硅片2的厚度20
‑
25μm。
[0027]所述非中心沉积的蒸发源10为金。
[0028]所述旋转底座Ⅰ8的直径为20cm，旋转底座Ⅱ9的直径为8cm。
[0029]优选地，所述导电金属层7的厚度为10nm。
[0030]本专利技术的有益效果：
[0031]1.在电极制备过程中首次提出在PDMS中嵌入纤维素。在固化过程中，在PDMS中添加纤维素纤维溶液可以提高抗拉伸变形的拉伸强度，增加延展性，在可预测的最大应变下
能够保持电极弯曲灵活性。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高度可折叠纳米波纹电极的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1.分别用丙酮、异丙醇和去离子水清洁平板硅片；步骤2.在预清洗后的硅片上表面上以3000
‑
4000rpm的旋涂速率旋涂转移光刻胶，旋涂时间40
‑
50秒，然后在150
‑
200℃温度下烘烤8
‑
12min；步骤3.在步骤2所得硅片上以3000
‑
4000rpm旋涂纤维素纤维溶液，旋涂时间40
‑
50秒，然后在80
‑
100℃温度下烘烤8
‑
12min；步骤4.在步骤3所得硅片上以3000
‑
4000rpm旋涂速率旋涂PDMS，旋涂时间50
‑
80秒，形成杂化基板；步骤5.将纳米波纹模具压在步骤4所得的杂化基板上，压印纳米波纹结构，并在80
‑
100℃温度下烘烤1
‑
1.5小时；所述的纳米波纹模具具有连续的半圆形波纹结构；步骤6.剥离纳米波纹模具，在硅片上得到一种有序的几何形状的纳米波纹结构衬底；步骤7.通过双转子衬底非中心沉积法在步骤6所得纳米波纹结构衬底上预进行直流溅射，先溅射得到一层厚度为1
‑
3nm二氧化硅作为缓冲层，再溅射导电金属层7；所述的双转子衬底非中心沉积法所使用的设备包括旋转底座Ⅰ、旋转底座Ⅱ和蒸发源；旋转底座Ⅰ围绕中心面向蒸发源旋转，旋转底座Ⅱ位于旋转底座Ⅰ下表面的边缘，纳米波纹结构衬底固定在旋转底座Ⅱ的下表面，旋转底座Ⅱ在其轴线上与纳米波纹结构衬底共同旋转，从而将蒸发源所蒸发的物质溅射到纳米波纹结构衬底6的表面；其中，旋转底座Ⅰ转速为10
‑
15rpm，旋转底座Ⅱ转速为20
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25rpm，溅射直流电源功率为100
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120W，溅射总压强为3mTorr，溅射氛围为Ar气体，溅射时间为300
‑
600s；步骤8.使用掩膜对准器对光刻胶进行光刻，掩膜版具有电路图案，将掩膜版上的图案转移到已溅射导电金属层的纳米波纹结构衬底表面上，速率为4000
‑
5000rpm，反应温度为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：江诚鸣，曾丽君，孙楠，彭艳，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：