[发明专利]一种高性能金属网格透明电极制造方法及其得到的透明电极和应用

说明书

本发明涉及透明电极制造领域，具体涉及一种高性能金属网格透明电极制造方法及其得到的透明电极和应用，采用基于电场驱动喷射沉积液膜嵌入式3D打印技术，以导电浆料为打印材料在液态PDMS膜上直接打印图形结构，由于导电浆料与液态PDMS互不相容，且由于打印基底是液态材料对打印导线的扩散有明显的抑制作用，所以打印出来的单层电加热线高宽比可以达到0.8‑1.0。

技术领域

本发明属于透明电极制造领域，具体涉及一种高性能金属网格透明电极制造方法及其得到的透明电极和应用。

背景技术

透明电极是一种既能导电又在可见光范围内具有高透光率的薄膜，其具有优异的光学透过性、导电性和稳定性等特点，在触控屏、柔性透明显示、OLED、可穿戴设备、柔性薄膜太阳能电池、透明电磁干扰屏蔽窗、智能窗、电子纸以及透明电加热等诸多领域具有非常广泛的应用。目前，透明电极的承载基底可分为刚性基底、柔性基底及可拉伸基底，分别对应着不同的应用领域。

目前，随着柔性电子技术的快速崛起，柔性及可拉伸透明电极成为产业界及学术界所关注的研究热点。但是，针对在透明电加热玻璃，透明电磁屏蔽玻璃，太阳能电池等领域刚性透明电极的需求及要求日益提高，而刚性透明电极的制造技术仍然不能完全满足应用的性能及成本要求。以氧化铟锡(ITO)为代表的透明导电氧化物仍为最主要的刚性透明电极，它具有极其均衡的光学透射率(透光率为85％-90％)和优异的导电性(方阻为10-15Ω/sq)。然而，铟储量日益减少以及具有一定的毒性等问题一定程度限制了其进一步大规模的应用。针对此问题，国内外学者开发了多种新型的透明导电材料，以期代替ITO，成为下一代刚性透明电极材料。现阶段开发的新型透明电极材料主要有碳基材料(石墨烯、碳纳米管等)、金属纳米线(金、银、铜纳米线等)、导电高分子聚合物(PEDOT：PSS等)、金属网格及复合透明导电膜等。综合考虑透明电极的性能及制造成本，金属网格与金属纳米线为最具工程应用前景的透明导电膜材料之一，金属纳米线虽然制造成本相对较低，但在刚性基底上沉积的金属纳米线存在附着力较差、热稳定性差，结阻高等问题，从而影响刚性基底金属纳米线透明电极的综合性能。对于刚性基底金属网格透明电极具有诸多优势，如金属网格仅仅通过改变网格的线宽、周期、高宽比、形状和排列就能解决透明电极所面临的低方阻和高透光率的矛盾，并根据实际性能要求对电学性能和光学性能进行裁剪和调控，同时确保得到低方阻和高透光率，金属网格透明电极已经在诸多领域展示出了广阔的应用前景。但是现阶段高性能金属网格的制造成本普遍较高，生产效率低，大多需要真空环境及贵重的气相沉积设备等。近年来，学术界和产业界利用光学光刻、纳米压印、喷墨打印、气溶胶打印、电流体动力喷印、夹丝技术以及丝印技术等多种制造技术来实现高性能金属网格的制备。然而，光刻法生产周期长、制造成本高、难以实现大面积制造；纳米压印母版制造成本高，周期长；喷墨打印的分辨率低，难以实现高粘度导电浆料的打印；气溶胶喷射打印虽然在打印精度方面有了很大的改进，但是打印材料的粘度通常不能高于1000cP，对于高金属含量的高粘度浆料打印面临很大的难度；电流体动力喷印虽然能够实现高粘度材料的高分辨率打印，但难以实现高金属含量的厚膜浆料高分辨率打印(厚膜浆料的细度一般大于5微米)，亦难以实现大高宽比导电浆料高效率打印；夹丝技术存在工艺过程复杂的问题；丝印技术虽然使用高金属含量的厚膜浆料，然而丝印线宽较大，透光率难以保证。综上，高透光率、低阻抗值及高附着力刚性基底金属网格的低成本制造仍难以实现，尤其难以实现方阻小于1Ω/sq，透光率大于90％及附着力大于80N的刚性基底透明电极的制造。

综上，目前刚性基底透明电极的诸多制造技术中，均难以实现低方阻(小于1Ω/sq)，高透光率(大于90％)，高附着力(大于80N)的加热线的低成本批量化高效制造，迫切需要开发新的技术，实现加热线透光率大于90％，方阻小于1Ω/sq，附着力大于80N的高性能刚性基底透明电极的低成本高效制造。

发明内容