[发明专利]基于3D打印和液桥转印制造大面积透明电极的方法

说明书

本发明公开了一种基于3D打印和液桥转印制造大面积透明电极的方法，采用电场驱动熔融喷射沉积3D打印制造母模；通过真空辅助向母模浇铸液态有机聚合物材料翻制工作模具；填充导电墨水到工作模具的沟槽内；将填充于工作模具沟槽内的导电墨水经烧结固化，并利用液桥转印技术转印到基材上。通过真空辅助向大尺寸母版浇铸液态聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料翻制PDMS软模具(工作模具)；利用液桥转印技术将填充于PDMS软模具沟槽内的导电墨水经加热固化后转印到基材上；对在基材上的透明电极进行后处理。获得大面积、大高宽比、高分辨透明电极。

技术领域

本发明属于透明电极和超微细电路制造技术领域，具体涉及一种基于3D打印和液桥转印制造大面积透明电极的方法。

背景技术

透明电极或者透明导电膜是触摸屏、薄膜太阳能电池(OSCs)、OLED、LCD、透明显示等许多光电子器件和产品的重要组成部分，在许多领域和产品中具有非常广泛的应用，尤其是近年随着OLED屏幕手机、柔性电子、电子皮肤、物联网、可穿戴设备的日益普及，柔性透明电极显示出更广泛的工业化应用前景。

目前工业界使用的透明导电膜/透明电极主要是铟锡氧化物(Indium tin oxide,ITO)薄膜，但是ITO中包含的铟是稀有金属，而且其制造需要高温真空沉积，导致制造成本高；此外，ITO柔韧性，沉积制造需要高温，不适合PET等柔性衬底，不适合柔性透明电极的制造，限制了其应用。

因此，近年学术界和产业界提出许多ITO替代方案，诸如导电高分子聚合物薄膜(如PEDTO:PSS)、金属(金、银、铜等)网格透明导电膜、金属纳米线(银纳米线)、基于碳纳米管或石墨烯的透明导电膜等新一代透明电极引起越来越多的关注。

与其它技术和实现方案相比，金属(银)网格透明电极(Silver Grid)不仅具有与ITO相媲美的透光性和导电性，还具有柔韧性强、适用于软硬衬底(基板)、成本低、性能具有可裁剪性等突出优点，目前已经被学术界和产业界认为是最具有工业化应用前景的技术之一。

目前国内外已经提出金属网格透明电极制造方法有多种，诸如光学光刻、纳米压印、喷墨打印、气溶胶打印等多种制造技术，然而现有的这些技术或解决方案在大面积、高分辨率、大高宽比金属网格的高效、低成本、批量化制造方面均存在不足和局限性，严重影响和制约金属网格透明电极更为广泛商业化应用，亟待需要开发新的制造方法和策略，以实现大面积超微细透明电极的高效、低成本、规模化制造。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于3D打印和液桥转印制造大面积透明电极的方法，结合电场驱动熔融喷射沉积3D打印和液桥转印技术实现大面积透明电极低成本批量化制造。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于3D打印和液桥转印制造大面积透明电极的方法，包括以下步骤：

(1)采用电场驱动熔融喷射沉积3D打印制造母模；

(2)通过真空辅助向母模浇铸液态有机聚合物材料翻制工作模具；

(3)填充导电墨水到工作模具的沟槽内；

(4)将填充于工作模具沟槽内的导电墨水经加热固化，并利用液桥转印技术转印到基材上。

进一步的，所述步骤(1)中，清洗和干燥基板，并采用等离子处理机对基板表面进行等离子轰击处理；根据设计的透明导电电极的结构，采用电场驱动熔融喷射沉积3D打印技术，以打印材料在基板上打印出所述透明导电电极所需要的微纳米特征结构或者图案。

优选的，所述基板包括但不限于玻璃、塑料和硅片。

优选的，所述打印材料包括但不限于聚己内酯和聚甲基丙烯酸甲酯。

优选的，透明导电电极包括线栅电极、各种网格电极等，当然各个电极的连接关系以设计为准。