基于无颗粒银墨水的柔性透明导电薄膜的模板法制备

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透明导电薄膜是一类把透光性与导电性复合在一体的光电核心材料,广泛应用于电子信息产业领域、生物医学领域、汽车行业等。当前社会科技的飞速发展和透明导电薄膜市场的迅猛增长使得未来的电子设备向更智能化、可穿戴、柔性等方向发展,传统制备透明导电薄膜的材料氧化铟锡(ITO)有着优异的电学和光学性能,但金属铟的稀缺性、毒性以及脆性导致ITO涂覆基板的生产成本增加并限制了ITO对温度敏感的柔性基板的适用性。本文提出将无颗粒银墨水作为银源,自主研发模板法和旋涂工艺制备了柔性银网格透明导电薄膜,能够控制银网格的形貌且独立调节薄膜的透过率和导电性能,并对其性能做了研究,使其成为柔性电极材料的替代者。主要研究结果如下:1、基于低成本的模板法和旋涂工艺,本文制备了不同开裂形貌的模板。探究了旋涂工艺中匀涂转速、匀涂时间、旋涂转速和旋涂时间以及升温速率、干燥温度对丙烯酸乳液涂膜后开裂的裂纹线宽以及不同裂纹交织在一起形成的网孔大小的影响。研究发现,模板法的最优工艺是匀涂转速500 r/min、匀涂时间15 s、旋涂转速5000 r/min、旋涂时间20 s的旋涂条件并且以200℃/h的升温速率升到200℃保温干燥能够获得线宽较细、网孔致密的均匀开裂的模板。最终可获得透过率是83%,方块电阻是42Ω/sq的银网格透明导电薄膜,可实现银网格完全嵌入在裂纹模板凹槽中,最细的银网格线宽达到1 μm。实现了透过率和导电性独立可调的性能,更好的满足实际器件的不同应用。2、从刚性玻璃基底入手逐步向柔性基底转变,制备柔性银网格透明导电薄膜。结合旋涂工艺和超声技术,完成了丙烯酸乳液裂纹模板的涂覆和去除,再结合无颗粒银墨水的涂覆,实现了柔性透明银网格薄膜的制备,尝试探究银墨水浸入裂纹的机理。从实验方面详细对比研究了超声清洗剂的配比、超声时间对去除裂纹模板的影响以及柔性PET基底对薄膜柔性性能的影响,并粗略探究了薄膜在弯折过程中电阻的变化。结果表明,超声清洗剂中无水乙醇:去离子水=2:1,超声时间是5 min的条件下可将基底上的裂纹模板完好的去除。最终获得透过率是82%,方块电阻是28Ω/sq的柔性银网格透明导电薄膜,并且该薄膜电阻在100次弯曲后没有明显的变化,有效克服了 ITO薄膜柔性差的特点。3、研究对比了无颗粒银墨水在不同基底上的流动性以及不同溶剂量、热处理温度对银薄膜的微观结构和薄层电阻的影响,从而保证了银网格透明导电薄膜表面平整并且银网格中每一条导线内部颗粒生长均匀、粗糙度较小。研究表明,无颗粒银墨水中溶剂量是1 mL时,并且以200℃/h的升温速率在200℃时热处理干燥可以保证基底上银薄膜微观结构中的颗粒生长均匀,薄膜的方块电阻最小为0.55Ω/sq,干燥温度太高或太低都不利于提高银薄膜的导电性能。最终获得的柔性银网格透明导电薄膜的粗糙度为3 nm。改善了基底上生长的银薄膜颗粒生长不均匀、粗糙度较大和热处理温度较高等问题。
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