一种嵌入式金属网格柔性电极薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于电极制备领域，具体涉及一种嵌入式金属网格柔性电极薄膜及其制备方法和应用，包括：在玻璃基板上通过光刻制备金属网格；在金属网格上涂覆聚合物并固化成膜，之后剥离玻璃基板，得到嵌入式金属网格柔性电极薄膜；聚合物为聚酰亚胺，金属网格的材料为金或镍；通过调控金属网格的形状、厚度、线宽和边长以及金属网格和玻璃基板之间的面积比，以在满足所需的导电性和透光率的同时降低玻璃基板与覆于其上的整体结构的粘附力，使得在剥离玻璃基板的前后嵌入式金属网格柔性电极薄膜形状、尺寸不变，粘附力大小随金属丝网厚度的增大而先下降后升高且随金属网格的线宽的增大而单调上升。本发明专利技术方法简便易行，成本低廉，无污染，可调节尺寸。可调节尺寸。可调节尺寸。

【技术实现步骤摘要】
一种嵌入式金属网格柔性电极薄膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电极制备领域，更具体地，涉及一种嵌入式金属网格柔性电极薄膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]柔性电子技术是集新材料、新工艺、新设计于一体的全方位创新产业。柔性电子器件轻、薄、柔、可弯曲等特点，已成为电子技术换代升级新的重点研究领域。同时伴随着微电子技术的高速发展，超薄、超小、超柔、超精成为当前柔性电子技术创新发展新的方向，对其制作材料、工艺等提出了新的要求和挑战。
[0003]柔性电子器件已经广泛应用于柔性光电子器件中。光电子显示的核心电极部件主要以ITO为主，但因其生产成本高，脆性大无法弯折限制了其在柔性显示领域的应用，因此国内外相继进行了多个方向的ITO替代技术的研究，包括石墨烯、碳纳米管、银纳米线和金属网格等。金属网格因其导电性能最佳，透光率和电阻率可调节等优势，得到更多的关注和研究。
[0004]例如，激光烧结法制备金属网格薄膜的方法：将银导电浆料涂覆到柔性基底上,然后用激光选区烧结，形成银导电线路网格薄膜，但由于其由于银粉表面有高分子胶黏剂的包覆，导致其导电率小于纯银的80％，使得银粉的消耗增加，提高了成本。同时胶黏剂在温度等环境的影响下，也会对器件的性能产生负面的影响；喷墨打印制备金属网格薄膜的方法：在基底上将银导电浆料喷墨打印到柔性基底上,形成银导电线路网格薄膜，但由于受喷嘴尺寸以及银导电浆料的影响，限制了网格的线宽和器件的性能。Lift
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off工艺制备金属网格薄膜的方法：在不锈钢基底通过光刻工艺将掩膜版上的图案转移到光刻胶基底上，然后蒸镀制备Au薄膜，适应丙酮去除多余的光刻胶，可在不锈钢基底上得到Au网格，然后在Au网格上旋涂固化PDMS，最后利用电化学辅助剥离技术，将不锈钢基底逐渐腐蚀,清洗后形成Au网格PDMS薄膜，但由于化学药液非常有危险性，不能皮肤接触或吸入呼吸道，对柔性电子器件也有损害和影响。
[0005]因此，有必要继续深入研究找到更加简便易行、成本低廉、无污染、可调节尺寸的制备金属网格薄膜的方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种嵌入式金属网格柔性电极薄膜及其制备方法和应用，其目的是提出一种简便易行、成本低廉、无污染、可调节尺寸的制备金属网格薄膜的方法。
[0007]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种嵌入式金属网格柔性电极薄膜的制备方法，包括：
[0008]在玻璃基板上通过光刻制备金属网格；在所述金属网格上涂覆聚合物并固化成膜，之后剥离所述玻璃基板，得到嵌入式金属网格柔性电极薄膜；
[0009]其中，所述聚合物的材料为聚酰亚胺，所述金属网格的材料为金或镍；通过调控所述金属网格的形状、厚度、线宽和边长以及所述金属网格和所述玻璃基板之间的面积比，以在满足所需的电极薄膜导电性和透光率的同时降低所述玻璃基板与覆于其上的整体结构的粘附力，使得在剥离所述玻璃基板的前后所述嵌入式金属网格柔性电极薄膜形状、尺寸不变，所述粘附力的大小随金属网格厚度的增大而先下降后升高且随金属网格线宽的增大而单调上升。
[0010]本专利技术的有益效果是：本专利技术通过光刻工艺制备金属网格，这为灵活调整粘附力提供了可行条件，另外，通过调整金属网格的形状、厚度、线宽和边长以及金属网格和玻璃基板之间的面积比，以在满足所需的电极薄膜导电性和透光率的同时降低所述玻璃基板与覆于其上的整体结构的粘附力，因而可以通过物理机械剥离的方式得到金属网格柔性基板，达到制备金属网格柔性基板工艺简单、低成本以及可规模化生产的专利技术目的。其中，基板为玻璃材料，玻璃材料机械性能、化学耐受性以及热稳性较为优异，便于加工，并且不会影响后续实验中薄膜的固化过程，在本专利技术中玻璃与PI聚合物薄膜间的附着性适中，在薄膜的剥离过程中不会导致脱落或破坏的网络结构的现象；另外，金和镍的稳定性好，在空气中不易氧化，可减少后续封装费用，同时这两种材料具有良好的导电性，能够提高薄膜整体的电学性能。
[0011]进一步，所述金属网格的形状满足：制备得到的嵌入式金属网格柔性电极薄膜中的金属导电电极形状可拉伸变形。
[0012]进一步，所述金属网格的形状为波浪线、蛇形或弹簧形。
[0013]进一步，在玻璃基板上制备金属网格之前，对所述玻璃基板进行表面洁净预处理。
[0014]本专利技术的进一步有益效果是：表面预处理后的玻璃洁净平滑，便于后续光刻胶的涂敷。且玻璃材质本身为二氧化硅，易携带极性基团，与聚合物间具有较强的附着力，使光刻胶在加工过程中不容易脱落。
[0015]进一步，所述金属网格的制备方法为：
[0016]在所述玻璃基板上均匀涂覆光刻胶；制备网格或电路图案掩模版；
[0017]使用所述掩模版对涂覆有光刻胶的玻璃基板进行光刻曝光，形成特定图案结构的光刻胶模板衬底层；
[0018]在所述光刻胶模板衬底层上，通过金属镀膜电子束蒸发工艺沉积金属材料，去除玻璃基板上剩余光刻胶，形成金属网格或电路图案结构衬底层；
[0019]其中，所述光刻胶的材料为光刻胶负胶，采用旋涂方式涂覆光刻胶，通过转速的控制形成微米或纳米级别厚度的光刻胶涂层；
[0020]所述掩模版的材料为铬，按预设的网格或电路图图案定制掩模版；
[0021]在去除玻璃基板上剩余光刻胶时采用DMAC溶剂。
[0022]本专利技术的进一步有益效果是：使用负性光刻胶时，用显影剂蚀刻未感光部分，而保留感光部分，从而能在玻璃基板上形成清晰光刻胶预模板，所得到的图形与掩模相反，且分辨率较高，利于金属沉积后网格结构的形成。通过优选转速及旋涂时间，使光刻过程中曝光充分，并在显影步骤中，光刻胶可完全脱落，留下的完整的图案。其次，在紫外曝光过程中，使用铬掩模版阻光性好，能够更好的完成图案转移，同时用湿法刻蚀可以有效把精密图形转移到铬膜上，从而制备复杂的电路图案。另外，显影时光刻胶不会发生膨胀，因此分辨率
不会受到影响，综上，采用本专利技术光刻工艺，即便制备尺寸、图案再复杂的金属网格也能清晰完整。其中，通过优选金、镍材料，采用金属镀膜电子束蒸发工艺所制备的丝网结构，与玻璃基板的附着力低，同时与PI等聚合物的附着力高，丝网结构衬底层能够全部脱离玻璃基板，形成完整的柔性基底薄膜镶嵌金属衬底层结构。
[0023]进一步，所述金属网格为六角形网格，边长为200μm，线宽为10μm，厚度为200nm，所述金属网格和所述玻璃基板之间的面积比为0.494％。
[0024]进一步，所述聚合物的涂覆采用旋涂方式，通过转速的控制形成微米或纳米级别厚度的透明聚合物薄膜。
[0025]进一步，所述聚合物固化成膜的实现方式为：
[0026]将旋涂后的聚合物在60℃干燥1小时后，转移到高温氮气烘箱开始程序加热，程序加热包括多个加热阶段：100℃
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150℃
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200℃
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300℃
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种嵌入式金属网格柔性电极薄膜的制备方法，其特征在于，包括：在玻璃基板上通过光刻制备金属网格；在所述金属网格上涂覆聚合物并固化成膜，之后剥离所述玻璃基板，得到嵌入式金属网格柔性电极薄膜；其中，所述聚合物的材料为聚酰亚胺，所述金属网格的材料为金或镍；通过调控所述金属网格的形状、厚度、线宽和边长以及所述金属网格和所述玻璃基板之间的面积比，以在满足所需的电极薄膜导电性和透光率的同时降低所述玻璃基板与覆于其上的整体结构的粘附力，使得在剥离所述玻璃基板的前后所述嵌入式金属网格柔性电极薄膜形状、尺寸不变，所述粘附力的大小随金属网格厚度的增大而先下降后升高且随金属网格线宽的增大而单调上升。2.根据权利要求1所述的一种嵌入式金属网格柔性电极薄膜的制备方法，其特征在于，所述金属网格的形状满足：制备得到的嵌入式金属网格柔性电极薄膜中的金属导电电极形状可拉伸变形。3.根据权利要求2所述的一种嵌入式金属网格柔性电极薄膜的制备方法，其特征在于，所述金属网格的形状为波浪线、蛇形或弹簧形。4.根据权利要求1所述的一种嵌入式金属网格柔性电极薄膜的制备方法，其特征在于，在玻璃基板上制备金属网格之前，对所述玻璃基板进行表面洁净预处理。5.根据权利要求1所述的一种嵌入式金属网格柔性电极薄膜的制备方法，其特征在于，所述金属网格的制备方法为：在所述玻璃基板上均匀涂覆光刻胶；制备网格或电路图案掩模版；使用所述掩模版对涂覆有光刻胶的玻璃基板进行光刻曝光，形成特定图案结构的光刻胶模板衬底层；在所述光刻胶模板衬底层上，通过金属镀膜电子束蒸发工艺沉积金属材料，去除玻璃基板上剩余光刻胶，形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：屠国力，吕晓煜，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：