[发明专利]一种基于纳米线材料的柔性电极复杂图案的制备方法

说明书

本专利涉及柔性电子材料制造领域，发明了一种新型的基于纳米线的电极图案制备方法。主要步骤为：（1）将滤膜盖在负压环境容器的抽滤口上，将具有内孔结构的3D橡胶掩模盖在滤膜上，将底部平滑的管状容器压在3D橡胶掩模上，用夹子固定好后，将纳米线溶液倒入顶部的容器中进行抽滤；（2）待所有液体都被抽滤完后，将顶部容器，3D橡胶掩模依次取下，然后用镊子将滤膜转移到工作台上，该工作台可以是玻璃或者硬质塑料等，其上表面贴有双面胶；（3）待滤膜完全干燥后，将可以待固化的液态有机树脂材料等涂敷在滤膜上，待固化后，撕下有机树脂，便可得具有特定图案的纳米线/有机树脂柔性电极。该发明创新性的设计出了具有内通孔结构的3D橡胶掩模，结合真空抽滤系统，可以高效的制备出边界清晰的复杂电极图案，并且材料利用率极高可达95%以上，适用于柔性电子材料的大规模生产，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种基于纳米线材料的柔性电子材料用复杂图案的制备方法，属于柔性电子加工技术领域。

背景技术

柔性电子可穿戴设备的发展正使我们的生活变得愈加便利，因此受到了广泛关注。为了使柔性电子设备实现传感功能，在制备柔性电子设备前，需要采用纳米线材料在工作台上制备出特定的图案。目前，纳米线图案的常规制备方法主要是通过“2D掩模覆盖→纳米线旋涂/滴涂层→2D掩模剥离”的步骤完成。这种常规方法存在严重缺点，主要包括三方面。

（1）纳米线材料的利用率低。大部分纳米线材料在涂敷和掩模去除的过程中被浪费掉。

（2）制备出的图案分辨率比较低。位于掩模开口区域的纳米线和掩模表面上的纳米线在干燥后由于范德瓦尔力粘结在一起，在掩模揭开的过程中，纳米线图案的边缘区域很容易被破坏掉。随着纳米线薄膜厚度的增加，这种边缘破碎现象更加严重。

（3）难以高效制备具有闭环结构的复杂纳米线图案。制备具有闭环结构的纳米线图案时，在涂敷纳米线之前，需将掩模覆盖于闭环区域内。当有多个闭环区域时，需采用多个相互独立的掩模，造成涂敷前掩模放置效率低下且精确度低，而且涂敷后无法一次性将所有的掩模去除。闭环区域越多，制备效率越低。

因此，若研发新型纳米线图案制备方法，从而实现复杂纳米线图案高效制备，将具有重要的发展前景和应用空间。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种纳米线图案的制备方法，通过“3D掩膜/真空过滤”系统，可实现高品质复杂形状纳米线图案高效制备。与传统的纳米线图案制备方法相比，本发明的主要优点包括：（1）制备出的图案边界清晰；（2）图案制备效率高，可以一次工序制备出具有闭环结构的复杂图形；（3）材料利用率高，纳米线的利用率可以达95%以上。

本发明是通过以下措施实现的。

一种基于纳米线材料的柔性电极复杂图案的制备方法，包括以下步骤。

（1）将滤膜盖在具有负压环境容器的抽滤口上，将具有内孔结构的3D橡胶掩模盖在滤膜上，将底部平滑的管状容器压在3D橡胶掩模上，用夹子固定好后，将纳米线溶液倒入顶部的容器中进行抽滤。技术原理如附图1所示。

（2）待所有液体都被抽滤完后，将顶部容器和3D掩模依次取下，然后用镊子将滤膜转移到工作台上，该工作台可以是玻璃或者硬质塑料，在其上表面贴上双面胶。

（3）待滤膜完全干燥后，将待固化的液态有机树脂材料等涂敷在滤膜上，待固化后，撕下有机树脂，便可得具有特定图案的纳米线/有机树脂柔性电极。技术原理如附图2所示。

一种优选的技术方案，其特征在于：步骤（1）中，3D橡胶掩模材料为PDMS，通过倒模或切削加工技术制备。

一种优选的技术方案，其特征在于：步骤（1）中，滤膜材料为聚四氟乙烯，滤孔尺寸0.2-5μm。

一种优选的技术方案，其特征在于：步骤（1）中，抽滤过程中真空容器中的负压保持在0.01-0.05MPa。