[发明专利]一种基于光衍射的柔性透明碳电极制备方法

说明书

本发明属于微钠制造相关技术领域，其公开了基于光衍射的柔性透明碳电极制备方法，该方法包括以下步骤：(1)提供基底，并在所述基底上旋涂一层负性的光刻胶；(2)将掩膜设置在所述光刻胶上，并进行曝光处理，所述掩膜上设置有网格图形，所述网格图形呈矩形，其四个角部分别连接有大尺寸图形；(3)采用显影液对曝光后得到的样品进行显影后，再进行清洗以得到光刻胶悬浮网格；(4)将步骤(3)得到的样品在保护气体氛围下进行热解，并进行剥离以得到独立的整片碳网格结构，即柔性透明碳电极。本发明通过一次曝光即可获得光刻胶悬浮网格，工艺简单，参数容易控制，成品率较高。

技术领域

本发明属于微钠制造相关技术领域，更具体地，涉及一种基于光衍射的柔性透明碳电极制备方法。

背景技术

透明电极广泛应用于液晶显示、触摸屏、太阳能电池等领域，目前商业上通常使用氧化铟锡(ITO)作为透明电极材料，主要由于ITO具有较高的光学透过率、较低的方块电阻和成熟的制备工艺。但是随着柔性显示、柔性太阳能电池及可穿戴电子器件的快速发展，对透明电极提出了更高的要求。在过渡弯曲时，IT0容易发生断裂，在柔性电子器件的应用方面受到极大限制。同时，铟为稀有元素，在地球上的储量极为有限，IT0的消耗使得全球铟供应非常紧张，因而急需开发走向实用化的新型透明电极材料来替代IT0。

新型透明电极，如金属纳米线、导电聚合物等作为透明电极材料，其中Ag丝的方块电阻值可以达到0.1-0.2Ω/□，且具有较好的光学透过特性，金属纳米线的制备及金属纳米线的均匀分散仍然是个难题，而使用Ag作为电极材料成本较高。导电高分子如聚3,4-亚乙基二氧噻吩(PEDOT)高分子薄膜的方块电阻可以低至68Ω/□，但其在波长为550nm的光的透射率只有75％，并且导电聚合物在高温、潮湿和紫外辐照条件下的稳定性和导电性会显著下降，影响柔性电子器件的耐用性。

碳材料具有非常优异的柔韧性和载流子迁移率，典型的代表如碳纳米管和石墨烯，但高纯度的碳纳米管和石墨烯量产技术尚不成熟。由于碳本身不透明，现有技术中利用热解方法制备的碳电极一般都结合在玻璃、硅等基底上，应用于电化学微电极、超级电容电极等。制备透明柔性碳电极需解决电极透明化、柔性化等问题。

此外，光刻是制备微尺度图形的一种基础工艺。在接触式光刻过程中，当掩模图形的尺寸接近光波长时，光的衍射现象会变得非常明显，尤其对于SU8等较厚的光刻胶，难以制备小尺度图形结构。SU8是一种透明度极高的光刻胶，可以制备高深宽比的结构，但是同样使得利用SU8制备悬浮结构变得非常困难。现有技术中提出了一些SU8悬浮结构的制备方案，如利用相邻圆形掩模图案之间光的干涉现象制备柱子阵列支撑的悬浮网状结构，以及利用多次曝光，通过控制曝光剂量及曝光波长选择制备阵列结构支撑的悬浮结构。这些工艺难以制备小尺度图形，也不能精确控制悬浮层的厚度。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于光衍射的柔性透明碳电极制备方法，其基于现有透明碳电极的制备特点，研究及设计了一种基于光衍射的柔性透明碳电极制备方法。所述柔性透明碳电极制备方法利用光的衍射现象，通过一次曝光便可获得光刻胶悬浮网格，且通过控制网格图形的网格线的宽度来控制光刻胶悬浮网格的厚度，工艺简单，参数容易控制，且成品率较高，精度较高。此外，通过热解方法得到的碳电极成分为非晶态的碳，具有优异的导电性能和机械性能，成本较低，且得到的透明柔性碳电极的网格线较细，具有非常好的可弯曲性能，能与其他柔性基底相贴合。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于光衍射的柔性透明碳电极制备方法，该柔性透明碳电极制备方法包括以下步骤：

(1)提供基底，并在所述基底上旋涂一层负性的光刻胶；

(2)将掩膜设置在所述光刻胶上，并进行曝光处理，所述掩膜上设置有透明的网格图形，所述网格图形呈矩形，其四个角部分别连接有透明的第一图形，所述掩膜上未被所述网格图形及所述第一图形覆盖的区域为不透光区域；