一种基于图案化金属薄膜电极用于自驱动电致发光系统及其构建方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于图案化金属薄膜电极用于自驱动电致发光系统及其构建方法，所述自驱动电致发光系统的构建过程如下：（1）利用激光直写技术刻蚀氧化铜油墨，借助激光产生高温促使油墨中的还原剂将氧化铜还原成任意图案化的铜薄膜电极；（2）将荧光膜放在激光直写刻蚀的图案化的铜薄膜电极和柔性ITO膜之间，自组装后制得电致发光器件；（3）将制备的摩擦纳米发电机（TENG）与电致发光器件连接构建自驱动电致发光系统。利用摩擦纳米发电机的高压输出并持续为具有图案化电极的电致发光器件供能促使荧光材料发光，同时将字母以及二维码图案以光的形式显现出来，并利用智能设备识别相关信息，实现了信息的存储、显示及交互的功能。显示及交互的功能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于图案化金属薄膜电极用于自驱动电致发光系统及其构建方法


[0001]本专利技术属于自驱动电致发光器件技术，智能显示以及物联网信息领域，具体涉及一种基于图案化金属薄膜用于自驱动电致发光系统极其构建方法。

技术介绍

[0002]电极是制备电子器件最重要的核心部件之一，大多数的电极材料主要由金属材料制备。传统的电极制备技术，如磁控溅射，热蒸镀，电化学沉积，电镀，喷墨打印等方法，利用这些方法制备电极具有工艺复杂、操作繁琐、成本较高等缺点；若使电极图案化则需使用掩膜，造成材料的浪费，使用空间有限，不能大规模制备等等不足，大大地制约了它们在不同领域的应用。针对制备传统电极存在工艺复杂、成本较高、材料浪费等问题，发展一种简便、快速、成本低廉且能大量制备电极材料并解决传统电极缺点的技术和方法显得尤为重要。
[0003]激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性四大特性，容易获得很高的光通量密度，将强的激光束聚焦到介质上，利用激光束与物质相互作用的过程来改变物质的性质，这就是激光加工。激光加工技术随着光学、机电、材料、计算机和控制技术的发展已经逐步发展成为一项新的加工技术。激光加工具有加工对象广、变形小、精度高、节省能源、公害小、远距离加工和自动化加工等显著优点，对提高产品质量和劳动生产率、实现加工过程自动化、减少或消除污染、减少材料消耗等的作用愈来愈重要。
[0004]激光束作用于物体表面，引起物体形状或性能改变的过程，它具有无接触、无切削力、热影响区域小、清洁环保等优点。经过聚焦的激光束具有很高的功率密度，可以瞬间使任何固体材料熔化或蒸发。激光束的空间和时间可控性好，对加工对象的形状、尺寸及加工环境的要求具有很大的自由度，能够实现多种激光加工工艺，其可用于制造各种材料。而激光的热刻蚀作用可以和聚合物的热化学转变过程相结合，可以在聚合物表面形成新的材料并粘附在聚合物表面上。随着新型激光器件的诞生以及新材料、新工艺的涌现，激光加工技术将在不同行业得到进一步应用。因此，选择合适的前驱体以及适合功率和波长的激光，则可能将相关材料转化为具有优异电化学性能的薄膜电极。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对上述现状，旨在提供一种基于图案化金属薄膜用于自驱动电致发光系统及其构建方法，该方法制备工艺简单，高效，成本低廉，适宜大规模化生产。在柔性衬底上制备的薄膜电极，具有良好的导电性、延展性、稳定性，利用此薄膜电极制备了具有高输出的摩擦纳米发电机。另外，将摩擦纳米发电机与带有图案化薄膜电极的电致发光设备连接构建了用于图案化显示和信息交互的自驱动的电致发光系统。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现。
[0007]一种基于图案化金属薄膜电极用于自驱动电致发光系统的构建方法，过程如下：（1）图案化铜薄膜电极的制备：利用激光直写技术刻蚀氧化铜油墨，氧化铜油墨经
过高温还原后形成任意图案化的铜薄膜电极；（2）电致发光器件的制备：将荧光膜放在激光直写刻蚀的图案化的铜薄膜电极和柔性ITO膜之间，自组装后制得电致发光器件；（3）摩擦纳米发电机（TENG）的制备：将制备的负摩擦材料PVDF
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TrFE膜和正摩擦材料Nylon膜用具有双面粘性的聚酰亚胺膜分别粘附在激光直写刻蚀的图案化的铜薄膜电极表面从而制得摩擦纳米发电机；（4）自驱动电致发光系统的构建：采用两根导线分别固定在PVDF
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TrFE膜和Nylon膜所对应的激光直写刻蚀的图案化的铜薄膜电极上，两根导线的另一端分别固定在电致发光器件的ITO膜和激光直写刻蚀的图案化的铜薄膜电极上；其中，激光直写刻蚀的图案化的铜薄膜电极（LIC）的制备过程如下：S1、称取硝酸铜溶于去离子水中得到0.65g/mL~0.70g/mL的溶液，充分搅拌后，加入氢氧化钠溶液，直至调节溶液的pH=10后生成氢氧化铜悬浮液胶体；S2、将悬浮液胶体，离心，用去离子水洗涤固体，将洗涤后的固体在280
±
10℃退火至恒重，得到氧化铜固体；S3、先将PVP和戊醇分别加入到反应瓶，搅拌至PVP完全溶解，再将氧化铜加入到上述反应瓶中混合均匀后，将混合物放超声8~12h后制备了分散均匀的氧化铜油墨；S4、利用滴涂法将氧化铜油墨均匀涂布在柔性的聚对苯二甲酸乙二醇脂薄膜上，室温干燥，得到氧化铜油墨薄膜；S5、将氧化铜油墨薄膜置于激光器下，利用CorelDRAW软件设计图案，进行激光刻蚀，得到图案化的激光刻蚀的铜薄膜电极。不同图案化的铜薄膜电极如图4所示。
[0008]进一步地，所述S1的具体过程如下：称取20g的硝酸铜溶于30ml去离子水中，充分搅拌后，加入10mol/L的氢氧化钠溶液，直至调节溶液的pH=10后生成氢氧化铜悬浮液胶体。
[0009]进一步地，所述S3的具体过程如下：先将0.68g PVP和6.17g戊醇加入反应瓶中，搅拌至PVP完全溶解，再将3.1g的氧化铜加入到上述反应瓶中混合均匀后，将混合物在80W超声8~12h后制备了分散均匀的氧化铜油墨。
[0010]进一步地，激光刻蚀时：扫描速度为30～60 mm/s，功率为4.7～5.1W。
[0011]进一步地，荧光膜的制备过程如下：将PVDF
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HFP溶于丙酮，搅拌4.5~5.5h后再加入ZnS:Cu，搅拌2.5~3.5h后倾倒在玻璃板上，静置至丙酮挥发，即得，其中，PVDF
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HFP和ZnS:Cu质量比为1:1，每0.5g PVDF
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HFP需要5mL丙酮。
[0012]进一步地，PVDF
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TrFE膜的制备过程如下：将PVDF
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TrFE粉末溶于DMF中，倒在玻璃基板上，用刮膜棒刮涂得到厚度均匀的液态薄膜，将液态薄膜浸泡在清水中，等到薄膜与玻璃板分离后取出薄膜，室温下自然晾干后便得到了PVDF
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TrFE膜，其中，每2g PVDF
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TrFE粉末需要8g DMF；Nylon膜的制备过程如下：将Nylon粉末溶于甲酸中，倒在玻璃基板上，用刮膜棒刮涂得到厚度均匀的液态薄膜，将液态薄膜浸泡在清水中，等到薄膜与玻璃板分离后取出薄膜，室温下自然晾干后便得到了Nylon膜，其中，每2g Nylon粉末需要8g甲酸。
[0013]上述构建方法得到的基于图案化金属薄膜电极用于自驱动电致发光系统，其特征在于，正负摩擦材料的面积为3
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3 cm2，正摩擦材料Nylon膜的厚度为100μm，负摩擦材料PVDF
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TrFE膜的厚度为75μm，铜薄膜电极的厚度为3.5μm，荧光薄膜厚度为120μm。
[0014]本专利技术的效果和益处：本专利技术利用激光直写技术制备金属薄膜电极，为工业化大规模、低成本的制备优质金属薄膜电极提供了一种可行性的通用办法。此方法具有以下优点：一、本专利技术减少了电极制备时间，降低了时间成本，并且所用原料价格极其低廉，制备方法简单易行。二、利用系统自带的画图软件，激光直写可以选择多种多样本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图案化金属薄膜电极用于自驱动电致发光系统的构建方法，其特征在于，过程如下：（1）图案化铜薄膜电极的制备：利用激光直写技术刻蚀氧化铜油墨，氧化铜油墨经过高温还原后形成任意图案化的铜薄膜电极；（2）电致发光器件的制备：将荧光膜放在激光直写刻蚀的图案化的铜薄膜电极和柔性ITO膜之间，自组装后制得电致发光器件；（3）摩擦纳米发电机的制备：将制备的负摩擦材料PVDF
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TrFE膜和正摩擦材料Nylon膜用具有双面粘性的聚酰亚胺膜分别粘附在激光直写刻蚀的图案化的铜薄膜电极表面从而制得摩擦纳米发电机；（4）自驱动电致发光系统的构建：采用两根导线分别固定在PVDF
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TrFE膜和Nylon膜所对应的激光直写刻蚀的图案化的铜薄膜电极上，两根导线的另一端分别固定在电致发光器件的ITO膜和激光直写刻蚀的图案化的铜薄膜电极上；其中，激光直写刻蚀的图案化的铜薄膜电极的制备过程如下：S1、称取硝酸铜溶于去离子水中得到0.65g/mL~0.70g/mL的溶液，充分搅拌后，加入氢氧化钠溶液，直至调节溶液的pH=10后生成氢氧化铜悬浮液胶体；S2、将悬浮液胶体，离心，用去离子水洗涤固体，将洗涤后的固体在280
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10℃退火至恒重，得到氧化铜固体；S3、先将PVP和戊醇分别加入到反应瓶，搅拌至PVP完全溶解，再将氧化铜加入到上述反应瓶中混合均匀后，将混合物放超声8~12h后制备了分散均匀的氧化铜油墨；S4、利用滴涂法将氧化铜油墨均匀涂布在柔性的聚对苯二甲酸乙二醇脂薄膜上，室温干燥，得到氧化铜油墨薄膜；S5、将氧化铜油墨薄膜置于激光器下，利用CorelDRAW软件设计图案，进行激光直写刻蚀，得到激光直写刻蚀的图案化的铜薄膜电极。2.根据权利要求1所述基于图案化金属薄膜电极用于自驱动电致发光系统的构建方法，其特征在于，所述S1的具体过程如下：称取20g硝酸铜溶于30ml去离子水中，充分搅拌后，加入10mol/L的氢氧化钠溶液，直至调节溶液的pH=10后生成氢氧化铜悬浮液胶体。3.根据权利要求1所述基于图案化金属薄膜电极用于自驱动电致发光系统的构建方法，其特征在于，所述S3的具体过程如下...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新，朱顺利，夏一帆，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：