מדרגית פתרון פתרון עיבוד מעובד עבור ביצועים גבוהים, גמיש, אלקטרודות שקוף עם רשת Embedded מתכת
Summary
פרוטוקול זה מתאר אסטרטגיה ייצור מבוסס מבוסס עבור ביצועים גבוהים, גמישה, אלקטרודות שקוף עם מלא- Embedded, רשת מתכת עבה. אלקטרודות שקופות גמישות מפוברקות על-ידי תהליך זה מדגימות בין הביצועים הגבוהים ביותר, כולל עמידות נמוכה במיוחד של גליונות, שינוע אופטי גבוה, יציבות מכנית תחת כיפוף, הידבקות חזקה של המצע, חלקות פני השטח ויציבות סביבתית.
Abstract
כאן, המחברים לדווח על מוטבע רשת מתכת שקוף אלקטרודה (EMTE), אלקטרודה שקוף חדש (TE) עם רשת מתכת מוטבע לחלוטין בסרט פולימרי. מאמר זה מציג גם עלות נמוכה, ואקום ללא ייצור שיטה זו TE חדש; הגישה משלבת עיבוד ליתוגרפיה, electroplating, ואת העברת טביעת (LEIT) עיבוד. הטבעה המשולבת של EMTEs מציעה יתרונות רבים, כגון חלקות פני השטח גבוהה, אשר חיוני לייצור מכשיר אלקטרונית אורגנית; יציבות מכנית מעולה במהלך כיפוף; עמידות חיובית לכימיקלים ולחות; הידבקות חזקה עם סרט פלסטיק. LEIT ייצור תכונות תהליך electroplating לתצהיר ואקום ללא מתכת הוא נוח לייצור תעשייתי הייצור. יתר על כן, LEIT מאפשרת ייצור של רשת מתכת עם יחס גובה גבוה ( כלומר, עובי linewidth), שיפור משמעותי מוליכות החשמלית שלה מבלי לאבד לרעה אופטי trחמור. אנו מדגימים מספר אבות טיפוס של EMTEs גמישים, עם התנגדות של גיליון נמוך מ 1 Ω / sq ו transmittances גדול מ 90%, וכתוצאה מכך נתונים גבוהים מאוד של הכשרון (FoM) – עד 1.5 x 10 4 – שהם בין הערכים הטובים ביותר שפורסם בספרות.
Introduction
ברחבי העולם, מחקרים נערכים כדי לחפש תחליפים עבור תחמוצות מוליכות שקופות קשיחות (TCO), כגון תחמוצת בדיל אינדיום פלואוריד מסוממים פח תחמוצת (FTO) Fims, כדי לפברק גמיש / stretchable TE כדי לשמש בעתיד גמיש / מכשירים אופטיים אופטיים. זה מחייב חומרים חדשים עם שיטות ייצור חדש.
ננו, כגון גראפן 2 , מוליכים פולימרים 3 , 4 , צינורות פחמן 5 , רשתות אקראיות מתכת nanowire 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , נחקרו הוכיחו את היכולות שלהם TEs גמישים, מענה החסרונות של קיימים TECO מבוססי TCO, כולל שבירות Fi 12 , נמוך transmittance אינפרא אדום 13 , ושפע נמוך 14 . גם עם פוטנציאל זה, זה עדיין מאתגר להשיג מוליכות חשמלית גבוהה אופטי ללא הידרדרות תחת כיפוף מתמשך.
במסגרת זו, מתכת מתכת רגילה 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20 מתפתחים כמועמד מבטיח יש להשיג שקיפות אופטית גבוהה להפליא עמידות גיליון נמוך, אשר ניתן להתאמה לפי דרישה. עם זאת, השימוש הנרחב של רשת מתכת מבוסס TEs כבר הפריע בשל אתגרים רבים. ראשית, ייצור לעתים קרובות כרוך בתצהיר יקר, ואקום מבוסס של מתכות 16 , 17 , </sup> 18 , 21 . שנית, עובי יכול בקלות לגרום חשמלי קצר חשמלי 22 , 23 , 24 , 25 ב סרט דק מכשירים אופטיים אורגניים. שלישית, הידבקות חלשה עם פני השטח המצע תוצאות הגמישות המסכן 26 , 27 . המגבלות הנ"ל יצרו ביקוש מבני מתכת חדשים מבוססי רשת TE וגישות ניתנות להרחבה עבור ייצור שלהם.
במחקר זה, אנו מדווחים על מבנה הרומן של TEs גמישים המכיל רשת מתכת מוטבע לחלוטין בסרט פולימרי. כמו כן אנו מתארים גישה חדשנית, מבוססת פתרונות, בעלות נמוכה, המשלבת ליתוגרפיה, אלקטרודות, והעברת טביעות אצבע. ערכי FM גבוה ככל 15k הושגו על EMTEs המדגם. בשל אופי מוטבע שלEMTE, כימי מדהים, מכני, יציבות סביבתית נצפו. יתר על כן, טכניקת ייצור עיבוד מעובד הוקמה בעבודה זו יכול לשמש עבור עלות נמוכה תפוקה גבוהה הייצור של EMTEs המוצעים. טכניקת ייצור זו ניתנת להרחבה על פני רשת מתכת עדינה יותר, אזורים גדולים יותר, ומגוון מתכות.
Protocol
Representative Results
Discussion
שיטת ייצור שלנו יכול להיות שונה עוד יותר כדי לאפשר מדרגיות של גודל התכונה ואזורים של המדגם ועל השימוש בחומרים שונים. המצאה המוצלחת של תת מיקרומטר-לינוויד ( איור 3a-3c ) EMTEs נחושת באמצעות EBL מוכיח כי המבנה EMTE וצעדים מרכזיים ב ייצור LEIT, כולל electroplating והעברת…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי קרן המחקר הכללית של מועצת מענקי המחקר של אזור ההנהלה המיוחד של הונג קונג (פרס מס '17246116), תכנית המלומדים הצעירים של הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (61306123), תכנית המחקר הבסיסית – תוכנית כללית מן המדע והטכנולוגיה חדשנות הנציבות של עיריית שנזן (JCYJ20140903112959959), ואת מפתח מחקר ופיתוח תוכנית ממחלקת Zhejiang של מחלקה למדע וטכנולוגיה (2017C01058). המחברים מבקשים להודות ל- Y.T. הואנג ו SP פנג על העזרה שלהם עם מדידות אופטיות.
Materials
| Acetone | Sigma-Aldrich | W332615 | Highly flammable |
| Isopropanol | Sigma-Aldrich | 190764 | Highly flammable |
| FTO Glass Substrates | South China Xiang S&T, China | ||
| Photoresist | Clariant, Switzerland | 54611L11 | AZ 1500 Positive tone resist (20cP) |
| UV Mask Aligner | Chinese Academy of Sciences, China | URE-2000/35 | |
| Photoresist Developer | Clariant, Switzerland | 184411 | AZ 300 MIF Developer |
| Cu, Ag, Au, Ni, and Zn Electroplating solutions | Caswell, USA | Ready to use solutions (PLUG N' PLATE) | |
| Keithley 2400 SourceMeter | Keithley, USA | 41J2103 | |
| COC Plastic Films | TOPAS, Germany | F13-19-1 | Grade 8007 (Glass transition temperature: 78 °C) |
| Hydraulic Press | Specac Ltd., UK | GS15011 | With low tonnage kit ( 0-1 ton guage) |
| Temperature Controller | Specac Ltd., UK | GS15515 | Water cooled heated platens and controller |
| Chiller | Grant Instruments, UK | T100-ST5 | |
| Polymethyl Methacrylate (PMMA) | Sigma-Aldrich | 200336 | |
| Anisole | Sigma-Aldrich | 96109 | Highly flammable |
| EBL Setup | Philips, Netherlands | FEI XL30 | Scanning electron microscope equipped with a JC Nabity pattern generator |
| Isopropyl Ketone | Sigma-Aldrich | 108-10-1 | |
| Silver Paste | Ted Pella, Inc, USA | 16031 | |
| UV–Vis Spectrometer | Perkin Elmer, USA | L950 |
References
- Hecht, D. S., Hu, L., Irvin, G. Emerging Transparent Electrodes Based on Thin Films of Carbon Nanotubes, Graphene, and Metallic Nanostructures. Adv Mater. 23 (13), 1482-1513 (2011).
- Bonaccorso, F., Sun, Z., Hasan, T., Ferrari, A. C. Graphene photonics and optoelectronics. Nat Photonics. 4 (9), 611-622 (2010).
- Kirchmeyer, S., Reuter, K. Scientific importance, properties and growing applications of poly(3,4-ethylenedioxythiophene). J Mater Chem. 15 (21), 2077-2088 (2005).
- Vosgueritchian, M., Lipomi, D. J., Bao, Z. Highly Conductive and Transparent PEDOT:PSS Films with a Fluorosurfactant for Stretchable and Flexible Transparent Electrodes. Adv Funct Mater. 22 (2), 421-428 (2012).
- Zhang, M., et al. Strong, Transparent, Multifunctional, Carbon Nanotube Sheets. Science. 309 (5738), 1215-1219 (2005).
- De, S., et al. Silver Nanowire Networks as Flexible, Transparent, Conducting Films: Extremely High DC to Optical Conductivity Ratios. ACS Nano. 3 (7), 1767-1774 (2009).
- van de Groep, J., Spinelli, P., Polman, A. Transparent Conducting Silver Nanowire Networks. Nano Lett. 12 (6), 3138-3144 (2012).
- Hong, S., et al. Highly Stretchable and Transparent Metal Nanowire Heater for Wearable Electronics Applications. Adv Mater. 27 (32), 4744-4751 (2015).
- Bari, B., et al. Simple hydrothermal synthesis of very-long and thin silver nanowires and their application in high quality transparent electrodes. J Mater Chem A. 4 (29), 11365-11371 (2016).
- Hyunjin, M., Phillip, W., Jinhwan, L., Seung Hwan, K. Low-haze, annealing-free, very long Ag nanowire synthesis and its application in a flexible transparent touch panel. Nanotechnol. 27 (29), 295201 (2016).
- Lee, H., et al. Highly Stretchable and Transparent Supercapacitor by Ag-Au Core-Shell Nanowire Network with High Electrochemical Stability. ACS Appl Mater Interfaces. 8 (24), 15449-15458 (2016).
- Cairns, D. R., et al. Strain-dependent electrical resistance of tin-doped indium oxide on polymer substrates. Appl Phys Lett. 76 (11), 1425-1427 (2000).
- Bel Hadj Tahar, R., Ban, T., Ohya, Y., Takahashi, Y. Tin doped indium oxide thin films: Electrical properties. J Appl Phys. 83 (5), 2631-2645 (1998).
- Kumar, A., Zhou, C. The Race To Replace Tin-Doped Indium Oxide: Which Material Will Win?. ACS Nano. 4 (1), 11-14 (2010).
- Hong, S., et al. Nonvacuum, Maskless Fabrication of a Flexible Metal Grid Transparent Conductor by Low-Temperature Selective Laser Sintering of Nanoparticle Ink. ACS Nano. 7 (6), 5024-5031 (2013).
- Wu, H., et al. A Transparent Electrode Based on a Metal Nanotrough Network. Nat Nanotechnol. 8 (6), 421-425 (2013).
- Han, B., et al. Uniform Self-Forming Metallic Network as a High-Performance Transparent Conductive Electrode. Adv Mater. 26 (6), 873-877 (2014).
- Kim, H. -. J., et al. High-Durable AgNi Nanomesh Film for a Transparent Conducting Electrode. Small. 10 (18), 3767-3774 (2014).
- Kwon, J., et al. Low-Temperature Oxidation-Free Selective Laser Sintering of Cu Nanoparticle Paste on a Polymer Substrate for the Flexible Touch Panel Applications. ACS Appl Mater Interfaces. 8 (18), 11575-11582 (2016).
- Suh, Y. D., et al. Nanowire reinforced nanoparticle nanocomposite for highly flexible transparent electrodes: borrowing ideas from macrocomposites in steel-wire reinforced concrete. J Mater Chem C. 5 (4), 791-798 (2017).
- Bao, C., et al. In Situ Fabrication of Highly Conductive Metal Nanowire Networks with High Transmittance from Deep-Ultraviolet to Near-Infrared. ACS Nano. 9 (3), 2502-2509 (2015).
- van Osch, T. H. J., Perelaer, J., de Laat, A. W. M., Schubert, U. S. Inkjet Printing of Narrow Conductive Tracks on Untreated Polymeric Substrates. Adv Mater. 20 (2), 343-345 (2008).
- Ahn, B. Y., et al. Omnidirectional Printing of Flexible, Stretchable, and Spanning Silver Microelectrodes. Science. 323 (5921), 1590-1593 (2009).
- Khan, A., Rahman, K., Hyun, M. -. T., Kim, D. -. S., Choi, K. -. H. Multi-nozzle electrohydrodynamic inkjet printing of silver colloidal solution for the fabrication of electrically functional microstructures. Appl Phys A. 104 (4), 1113-1120 (2011).
- Khan, A., Rahman, K., Kim, D. S., Choi, K. H. Direct printing of copper conductive micro-tracks by multi-nozzle electrohydrodynamic inkjet printing process. J Mater Process Technol. 212 (3), 700-706 (2012).
- Ellmer, K. Past achievements and future challenges in the development of optically transparent electrodes. Nat Photonics. 6 (12), 809-817 (2012).
- Choi, H. -. J., et al. Uniformly embedded silver nanomesh as highly bendable transparent conducting electrode. Nanotechnol. 26 (5), 055305 (2015).
- Khan, A., Li, S., Tang, X., Li, W. -. D. Nanostructure Transfer Using Cyclic Olefin Copolymer Templates Fabricated by Thermal Nanoimprint Lithography. J Vac Sci Technol B. 32 (6), (2014).
- Khan, A., et al. High-Performance Flexible Transparent Electrode with an Embedded Metal Mesh Fabricated by Cost-Effective Solution Process. Small. 12 (22), 3021-3030 (2016).
- Moon Kyu, K., Jong, G. O., Jae Yong, L., Guo, L. J. Continuous phase-shift lithography with a roll-type mask and application to transparent conductor fabrication. Nanotechnol. 23 (34), 344008 (2012).
- Chou, S. Y., Krauss, P. R., Renstrom, P. J. Imprint of sub-25 nm vias and trenches in polymers. Appl Phys Lett. 67 (21), 3114-3116 (1995).
- Manfrinato, V. R., et al. Resolution Limits of Electron-Beam Lithography toward the Atomic Scale. Nano Lett. 13 (4), 1555-1558 (2013).
- Khan, A., et al. Solution-processed Transparent Nickel-mesh Counter Electrode with In-situ Electrodeposited Platinum Nanoparticles for Full-Plastic Bifacial Dye-sensitized Solar Cells. ACS Appl Mater Interfaces. 9 (9), 8083-8091 (2017).
- Lee, J., et al. A dual-scale metal nanowire network transparent conductor for highly efficient and flexible organic light emitting diodes. Nanoscale. 9 (5), 1978-1985 (2017).
- Khan, S., et al. Direct patterning and electrospray deposition through EHD for fabrication of printed thin film transistors. Current Appl Phys. 11 (1), S271-S279 (2011).
