[发明专利]一种图案化柔性导电薄膜的制备方法

说明书

本发明属于柔性电子器件领域，公开了一种图案化柔性导电薄膜的制备方法，包括：(1)在柔性衬底上依次制备纳米线导电薄膜层及水溶性聚合物薄膜层；(2)通过电流体动力学近场直写工艺使用高分子聚合物溶液在水溶性聚合物薄膜层表面直写微纳尺度图案，刻蚀出图案结构；(3)以上述图案化聚合物薄膜为掩膜层对纳米线导电薄膜层进行化学处理，并去除未被掩蔽的纳米线导电薄膜；(4)利用去离子水去除残留的水溶性聚合物薄膜，干燥，得到柔性透明导电薄膜。本发明基于电流体近场直写工艺和模板法结合，采用直写工艺得到的聚合物纤维作为制备纳米线薄膜的模板或者模板刻蚀剂，从而实现图案化柔性导电薄膜的制备。

技术领域

本发明属于柔性电子器件领域，具体为一种图案化柔性导电薄膜的制备方法。

背景技术

透明导电薄膜是一类具有高导电性和在可见光波长范围内具有优异光学透过性的功能薄膜，主要用作透明电极，它是各类电子器件最关键、最基础的部件，在触摸屏，太阳能电池，LCD，OLED等光电器件中不可或缺。然而，由于高载流子浓度通常意味着强烈的光吸收，因此结合了高光学透明度和良好电导率的材料的选择范围受到了限制。氧化铟锡(ITO)兼具这两种性能，因而被广泛利用。但是，使用ITO作为透明电极具有许多缺点：①铟储藏量以及利用率较低；②材料需要高温沉积；③比较硬而脆，缺乏延展性等。

随着光电产业飞速发展，透明导电薄膜的应用领域不断的扩大，对其物理和化学性能进一步提出了更高要求，可穿戴设备、柔性显示、电子皮肤等柔性器件的出现对电极提出新的挑战，传统电极ITO越来越难以满足要求。因此，人们寻找了许多材料来代替ITO以应用于未来的柔性光电器件。其中比较有可能代替的材料包括碳基材料，例如碳纳米管(CNT)、石墨烯、聚合物材料，例如PEDOT：PSS、金属纳米颗粒(NPS)以及金属纳米线(NWS)。

近年来，以线状电极为代表的柔性电极成为重要的研究方向。纳米线可分为不同的类型，包括金属纳米线，半导体纳米线和绝缘体纳米线。但在电极材料/导电薄膜领域，我们比较常用的材料是纳米管、石墨烯、以及金属纳米线。它们均可以采用溶液涂布技术，实现大面积大规模的生产制造。如果想要将这些新型材料大规模应用于光电器件中，我们就必须对其实现光电性能的提升。在众多提升途径中，对纳米线电极进行构图是一种很有效的方法。因此，积极研究纳米线网络的光电性能参数和图案化纳米线的工艺，对于加快柔性光电产业的发展具有重要的现实意义。

银纳米线透明导电薄膜以独特创新的纳米银线技术，具有比传统ITO更加优异的耐久性，高挠曲性、低阻值的特点，效益可达ITO的数倍以上。同时，银纳米线透明导电薄膜具备良好的搭配使用性，可适用于现有的产业制程；材料的稳定性也可缩短制程所需的时间，此外，更具有优越的环境信赖性与相关特性，符合目前产业所需的光学与电气特性。产业的应用范围也极广，包括触控面板、显示器、可挠性显示器，以及太阳能等相关领域内，是理想的ITO取代材料。根据研究，间隔很细的金属结构的栅格可以在低薄层电阻的情况下提供高透明度，可以严重影响网格的光学和电气特性。因此通过在银纳米线薄膜表面制备微图案结构来实现更好的性能就变成了一种可能的选择。但是当前对银纳米线的图案化操作工艺多需要特定的仪器(光刻机、PDMS掩模版等)，并且只能使用有限的材料，其成本较高，技术要求也较高，无法实现大面积的图案化银纳米线薄膜的制备。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足，提供一种图案化柔性导电薄膜的制备方法，利用将电流体动力学近场直写工艺与模板法相结合，以所直写聚合物为模板或刻蚀剂，通过调控聚合物溶液的浓度，实现了亚微米级特征尺寸、边缘整齐、复杂图案的高分辨率大面积纳米线电极的快速绿色制备。此技术方案实施难度低，无污染，应用材料广泛，并且可以实现大面积快速制备。

为了达到上述的目的，本发明提供了一种柔性透明导电薄膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)在柔性衬底上依次制备纳米线导电薄膜层及水溶性聚合物薄膜层；