[发明专利]一种基于低电压驱动液膜嵌入式电喷射3D打印的柔性透明导电薄膜制造方法

说明书

本发明属于柔性透明导电薄膜领域，涉及一种基于低电压驱动液膜嵌入式电喷射3D打印的柔性透明导电薄膜制造方法，通过在液态或半固化的液态聚合物基底上直接打印导电浆料，利用液膜对导电线路的限制包裹作用，直接制造出超高分辨率的完全嵌入或半嵌入式柔性透明导电薄膜。本发明具有工艺步骤简单、生产步骤无毒无害、制造成本低廉，制造出的透明导电薄膜光电性能优异等优点，为高性能嵌入式柔性透明导电薄膜的规模化、低成本制造提供了一种新的解决方案。

技术领域

本发明属于柔性透明导电薄膜领域，具体涉及一种基于低电压驱动液膜嵌入式电喷射3D打印实现柔性透明导电薄膜高效率低成本制造方法。

背景技术

透明导电薄膜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、柔韧性和稳定性等特点，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，透明导电材料应用最为广泛的就是铟锡氧化物(ITO)材料，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，由于ITO的脆性，柔性基底上方阻高以及铟和锡是稀有金属面临资源枯竭等问题大大限制了其在柔性透明导电薄膜领域的应用。随着新材料的发展，替代ITO的透明导电材料主要有有碳基材料(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薄膜等。其中金属网格柔性透明导电薄膜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导电薄膜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。

传统金属网格柔性透明导电薄膜是在柔性透明衬底表面制造微纳尺度金属网格，形成浮于柔性透明衬底表面的金属网格(浮雕式金属网格)，但是，这种浮雕式金属网格柔性透明导电薄膜在使用中存在诸多不足：(1)浮雕金属网格的高表面粗糙度容易造成OLED及有机光伏等器件短路，而且影响后续在其表面生长其他功能材料层，限制了其在诸多光电子器件的应用；(2)由于具有柔性衬底的浮雕金属网格的弱粘合性能，导致金属网格易于从衬底剥离与脱落，造成器件失效，限制了其对于高度柔性电子器件(需要经常弯折的柔性电子和可穿戴设备等)的应用；(3)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；(4)超大高宽比金属网格难以兼顾制造效率，高附着力，成本等问题。为了解决和克服以上缺陷和不足，将金属网格嵌入或半嵌入到柔性基底，形成嵌入式柔性透明导电薄膜必将带来一系列优势：(1)透明导电薄膜表面粗糙度好；(2)弯曲疲劳性能好；(3)金属网格对基片的粘合性好；(4)耐湿度、耐氧化及耐蚀性能好。嵌入式金属网格为高性能柔性透明导电薄膜低成本绿色制造提出了一种全新的、可工业化生产的制造方案。

近年来，国内外研究学者对嵌入式金属网格的制造技术进行了诸多探索，提出了一些嵌入式金属网格的制造工艺及方法，然而，这些工艺多数为复合制造工艺，代表性的主要有光刻结合电铸工艺、凹版印刷结合旋涂工艺、纳米压印结合刮涂工艺、喷墨打印或电流体动力喷印技术结合纳米压印技术，以及模塑法结合刮涂工艺和化学镀等。这些复合制造工艺在一定程度上均制造了性能优异的嵌入式金属网格柔性透明导电薄膜，但是除了其繁琐的制造工艺以外，还存在着诸多不足及局限：(1)制造成本高，相比于浮雕金属网格，制造成本进一步提高，需要使用昂贵的光刻机、纳米压印等设备；(2)制造周期长，容易产生废物废液，污染环境；(3)大面积、大高宽比金属网格柔性透明导电薄膜制造困难；(4)金属网格材料容易受纳米压印、喷墨打印等工艺条件的限制。除复合制造工艺外，国内外研究学者采用3D打印技术对嵌入式导线的直接制造进行了研究探索，哈佛大学的Lewis教授与Wood教授提出了一种嵌入式3D打印方法，具体为将一种导电油墨通过喷头直接挤出至液态橡胶基底中，基底由两层可聚合的橡胶组成，上层为流动性较好的橡胶前驱体，可快速填充喷头移动过程中产生的基底缺陷，但是，采用直接挤出的方式难以制造高分辨率的导线，制造的嵌入式电极为非透明电极，且仅能实现完全嵌入的导线打印，应用领域受限。