[发明专利]图案化碳纳米管透明导电薄膜的生产方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性透明导电薄膜的生产方法，尤其涉及一种可实现图案化碳纳米管透明导电薄膜的全印刷工业化制备方法。

背景技术

透明导电薄膜(TCF)是一种重要的光电材料，在触摸屏、太阳能电池、平面显示器及发光二极管等领域有着广泛的应用。目前使用最广、最成熟的是氧化铟锡(ITO)薄膜。虽然ITO仍然在透明导电膜市场占主导地位，但铟矿资源的有限性，尤其是近年来平板显示行业对ITO的大量需求，使铟的价格波动较大。同时ITO薄膜还存在ITO层脆弱而缺乏柔韧性以及制备工艺带来的高成本等众多问题，使其发展受到很大的限制，从而引发了对各种替代材料的研究开发。

在各种替代材料中，碳纳米管因具有极好的导电性、稳定性和柔性，在透明导电材料的领域具有较好的应用前景。碳纳米管薄膜是由碳纳米管的网络所组成，网络中的孔洞赋予薄膜较好的透光性，连续的网络则保证了薄膜的导电性。碳纳米管薄膜的应用主要是基于图案化的碳纳米管透明导电电极基础上的，目前图案化碳纳米管透明导电薄膜的制备方法主要有以下两种途径：一是使用掩膜等方法在碳纳米管成膜的过程中直接图案化形成碳纳米管透明导电电极。该途径虽然可将传统触摸屏工艺中的镀膜、刻蚀工序合二为一，大大降低生产成本并提高生产效率，但存在尺寸受限、良率低等缺陷，使其在工业化生产中受到限制；二是先制得整片的碳纳米管透明导电薄膜，再经图案化处理形成碳纳米管透明导电电极。该图案化方法主要是通过激光烧灼和等离子刻蚀的方式在碳纳米管膜表面刻蚀图案，该方法清洁无污染，但生产效率低，尤其是在大面积、大线宽蚀刻的情况下，现阶段的蚀刻工艺还无法满足使用要求。

鉴于现有技术在制备图案化碳纳米管透明导电薄膜，特别是大面积、大线宽图案化碳纳米管透明导电薄膜上的不足，业界亟待发展出一种能够制备大面积、大线宽的图案化碳纳米管透明导电薄膜，且成本低廉、工艺简单、效率高、条件宽松并于现代生产工艺相匹配的方法。

发明内容

本发明的目的主要在于提供一种大面积、大线宽图案化碳纳米管透明导电薄膜的生产方法及系统，以克服现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种图案化碳纳米管透明导电薄膜的生产方法，包括如下步骤：

(1)在基材表面的覆设具有设定图案结构的高分子图案层；

(2)至少在基材表面高分子图案层以外区域覆设主要由碳纳米管形成的透明导电层；

(3)以能够溶解所述高分子图案层的溶剂至少除去所述高分子图案层，或直接机械剥离所述高分子图案层或高分子图案层及其表面的透明导电层，而保留与设定图案结构互补的透明导电层，制得图案化碳纳米管透明导电薄膜。

作为较为优选的实施方案之一，步骤(1)包括：采用印刷工艺将高分子溶液印刷至基材表面并经固化后形成具有设定图案结构的高分子图案层。

优选的，所述设定图案结构的最小线宽≥1mm。

作为较为优选的实施方案之一，步骤(1)中所述的印刷工艺包括柔版印刷工艺或丝网印刷工艺。

作为较为优选的实施方案之一，步骤(1)中所述高分子材料包括可被溶解去除的线性高分子材料或者可被剥离去除的分子量较大的线性高分子材料或交联高分子材料。

优选的，所述可被溶解去除的线性高分子材料可选自聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮等。所述可被剥离的线性高分子材料可选自聚乙烯、聚氯乙烯等，所述可被剥离的交联高分子材料可选自环氧树脂、聚乙烯-醋酸乙烯共聚树脂、氯醋树脂或聚氯乙烯树脂，但均不限于此。

作为较为优选的实施方案之一，步骤(2)包括：将碳纳米管分散液印刷或涂布到基材表面并且至少除去其中的溶剂，从而至少在基材表面的高分子图案层以外的区域形成主要由碳纳米管组成的透明导电层。

作为较为优选的实施方案之一，步骤(2)中的印刷工艺包括凹版印刷工艺或柔版印刷工艺，而涂布工艺包括微凹涂布、狭缝涂布或刮刀涂布等工艺，且不限于此。

作为较为优选的实施方案之一，步骤(2)具体包括：使用印刷的方法在基材表面的高分子图案层以外区域覆设主要由碳纳米管形成的透明导电层，或者采用涂布的方法在基材表面整版涂布主要由碳纳米管形成的透明导电层。

所述碳纳米管分散液包含0.01-5wt％碳纳米管、0.1-20wt％分散剂，其余部分包含水。

作为较为优选的实施方案之一，步骤(3)还包括：在除去所述高分子图案层或高分子图案层及其表面的透明导电层之后，对保留在基材表面的透明导电层依次进行干燥、酸洗、水洗和再干燥处理，制得图案化碳纳米管透明导电薄膜；