[发明专利]一种具有金属电极的石墨烯导电膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有金属电极的石墨烯导电膜及其制备方法，属于石墨烯材料应用领域及电容式触摸屏制备领域。

背景技术

触摸屏是一种可以实现人与计算机及其它设备之间交互的输入设备。触摸屏中一般设置有透明导电膜作为触摸感应单元，其作用是可以使光线透过，以及本身可作为导电电极层使用。作为透明导电膜，已在产业中应用的有ITO（氧化铟锡）膜层，其可采用PVD（物理气相沉积）法镀制，例如通过溅射镀膜的方式镀制。

虽然现有工艺制备的ITO膜的导电性和透明性能够基本满足部分电子产品的需求，但是ITO透明导电膜的应用仍具有如下局限性：

（1）ITO很脆易碎，应用时容易被磨损或者在弯曲时出现裂纹、脱落而影响使用寿命，尤其是以塑胶基片为基材时，此问题更加突出；

（2）ITO成膜后需要高温处理才能达到高导电性，当使用塑胶基片时，由于受处理温度限制，膜导电性和透明度均较低；

（3）受原材料、生产设备和工艺的影响，ITO膜的价格昂贵。另外，ITO的成膜工艺必须使用高质量的ITO靶材，而高质量ITO靶材生产技术主要控制在日本、美国、欧洲等国家。因此，寻找合适的ITO替代材料成为当前亟待解决的难题。

石墨烯是作为一种二维纳米材料，具有高达97.4%的透射率，且在可见光波段与波长无关，透射光谱几乎为平坦状态；而在透过率维持在95%范围内时，方块电阻仍可达到125Ω/□；同时，石墨烯的色调完全无色，因此能够在触摸屏上忠实地再现图像颜色。

因此，目前已将石墨烯导电膜代替ITO膜用于触摸屏等产品领域。其中，当使用石墨烯导电膜代替ITO膜时，需要在连接控制芯片部位的石墨烯导电膜上制备一层导电金属（例如Al、Ag等）作为电极与芯片连接。现有的工艺中，可通过金属真空镀膜或以导电浆料丝网印刷（又称“丝印”）来制备该金属电极。然而，真空镀膜工艺成本高、效率低，无法实现选择性沉积金属膜。并且，丝印工艺中需要进行高温烘烤，而这样的高温将降低PET（聚对苯二甲酸乙二酯）透过率，并会产生形变和黄变，以及影响石墨烯的方阻，同样无法实现选择性沉积金属膜。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种在石墨烯导电膜上制备金属电极的方法，包括：

1）在基底上提供石墨烯膜；

2）通过电镀或化学镀在石墨烯膜的表面沉积金属层；以及

3）在步骤2）之前将石墨烯膜图案化；或

在步骤2）之后将石墨烯膜和金属层图案化。

优选地，本发明方法中的基底是绝缘的，例如非金属基底，其可以选自PET（聚对苯二甲酸乙二酯）、PC（聚碳酸酯）、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）、玻璃或陶瓷基底。

本发明方法步骤1）中的石墨烯膜可以是厚度为约0.34nm至3.4nm的单层或多层石墨烯膜，其中石墨烯膜的总厚度可以为例如约0.34nm、0.68nm、1.02nm、1.36nm、1.7nm、2.04nm、2.38nm、2.72nm、3.06nm或3.4nm。

优选地，本发明方法步骤2）中通过电镀或化学镀沉积的金属可以选自任何导电金属中的一种或多种，例如选自金、银、铂、铑、钯、铜、铁、锡、锌、钴、镍、铬、镉、锑、铟、铋中的一种或多种。

对于金属电镀或化学镀的工艺没有特别限定，可以采用现有技术中任何已知的方法。

优选地，在石墨烯表面上需要沉积金属层的部分沉积金属层。更优选地，在石墨烯表面上不需要沉积金属层的部分不沉积金属层。对于石墨烯表面上不需要沉积金属层且需要保留石墨烯的部分，可以在电镀或化学镀之前（例如步骤2）之前）将该部分用保护层保护。然后，在需要时（例如在电镀后、化学镀后或图案化后）去除保护层。

所述保护层为电镀或化学镀无法沉积金属的膜层，例如可剥蓝胶层（又称可剥油墨层）或ＰＥＴ保护层（其中粘结层优选硅胶）。

施用保护层可采用任何已知的方法，例如通过涂覆、喷涂、贴覆等方式进行。

优选地，本发明方法的步骤3）中，通过激光光刻或刻蚀以将石墨烯膜或石墨烯膜和金属层图案化，优选激光光刻。其中，所述图案优选为电极图案。

在一个优选的实施方案中，本发明方法的步骤1）包括：

a）制备石墨烯膜；

b）将制得的石墨烯膜转移至基底上。

其中，步骤a）中可以使用现有的任何方法，例如化学气相沉积法（CVD）在例如生长材料上制备石墨烯膜。