Denne protokol beskriver en løsningsbaseret fabrikationsstrategi for højtydende, fleksible transparente elektroder med fuldt indlejret tykt metalnet. Fleksible transparente elektroder fremstillet ved denne proces demonstrerer blandt de højest rapporterede præstationer, herunder ultra-lavt arkmodstand, høj optisk transmittans, mekanisk stabilitet under bøjning, stærkt substratvidhæsning, overfladeglathed og miljøstabilitet.
Her rapporterer forfatterne den indlejrede metal-mesh gennemsigtige elektrode (EMTE), en ny transparent elektrode (TE) med et metalnet helt indlejret i en polymerfilm. Dette papir præsenterer også en billig, vakuumfri fremstillingsmetode til denne nye TE; Tilgangen kombinerer lithografi, elektroplating og imprint transfer (LEIT) behandling. EMTE'ernes indlejrede karakter giver mange fordele, såsom høj overfladeglathed, hvilket er afgørende for økologisk elektronisk enhedsproduktion; Overlegen mekanisk stabilitet under bøjning; God resistens overfor kemikalier og fugt Og stærk vedhæftning med plastikfilm. LEIT-fabrikation har en elektropletteringsproces til vakuumfri metalaflejring og er gunstig til industriel masseproduktion. Desuden giver LEIT mulighed for fremstilling af metalnet med et højt billedforhold ( dvs. tykkelse til linjebredde), hvilket signifikant forbedrer dets elektriske ledningsevne uden negativt at miste optisk transmittance. Vi demonstrerer flere prototyper af fleksible EMTE'er, med arkresistens lavere end 1 Ω / kvadrat og overførsler større end 90%, hvilket resulterer i meget høje værdimængder (FoM) – op til 1,5 x 10 4 – der er blandt de bedste værdier i Offentliggjort litteratur.
På verdensplan gennemføres der undersøgelser for at finde udskiftninger til stive transparente ledende oxider (TCO'er), såsom indiumtinoxid og fluor-doteret tinoxid (FTO) fi lms, for at fremstille fleksible / strækbare TE'er, der skal anvendes i fremtidige fleksible / Strækbare optoelektroniske enheder 1 . Dette nødvendiggør nye materialer med nye fremstillingsmetoder.
Nanomaterialer, såsom grafen 2 , ledende polymerer 3 , 4 , carbon nanorør 5 og tilfældige metal nanowire netværk 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , er blevet undersøgt og har demonstreret deres evner i fleksible TE'er med henblik på at afhjælpe manglerne ved Eksisterende TCO-baserede TE'er, Inklusiv fimm sårbarhed 12 , lav infrarød transmittans 13 og lav overflod 14 . Selv med dette potentiale er det stadig udfordrende at opnå høj elektrisk og optisk konduktans uden forringelse under kontinuerlig bøjning.
I denne ramme udvikler almindelige metalmasker 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20 som en lovende kandidat og har opnået bemærkelsesværdigt høj optisk gennemsigtighed og lavt arkmodstand, der kan indstilles efter behov. Den omfattende anvendelse af metalbaserede TE'er er dog blevet forhindret på grund af mange udfordringer. For det første involverer fremstilling ofte den dyre, vakuumbaserede afsætning af metaller 16 , 17 , </sup> 18 , 21 . For det andet kan tykkelsen let forårsage elektrisk kortslutning 22 , 23 , 24 , 25 i tyndfilm organiske optoelektroniske indretninger. For det tredje resulterer den svage adhæsion med substratoverfladen i dårlig fleksibilitet 26 , 27 . De ovennævnte begrænsninger har skabt en efterspørgsel efter nye metalnetbaserede TE strukturer og skalerbare fremgangsmåder til deres fremstilling.
I denne undersøgelse rapporterer vi en ny struktur af fleksible TE'er, der indeholder et metalnet helt indlejret i en polymerfilm. Vi beskriver også en innovativ, løsningsbaseret og billig produktionsmetode, som kombinerer lithografi, elektrodeposition og overførsel af tryk. FoM-værdier så høje som 15k er opnået på prøve EMTE'er. På grund af den indlejrede karakter afEMTE'er, bemærkelsesværdig kemisk, mekanisk og miljømæssig stabilitet blev observeret. Desuden kan den opløsningsbehandlede fabrikationsteknik, der er etableret i dette arbejde, potentielt anvendes til den lave pris og højproduktion af de foreslåede EMTE'er. Denne fabrikationsteknik er skalerbar til finere metal-mesh linewidths, større områder og en række metaller.
Vores fabrikationsmetode kan ændres yderligere for at give mulighed for skalerbarhed af funktionsstørrelser og områder af prøven og til brug af forskellige materialer. Den vellykkede fremstilling af sub-micrometer-linewidth ( Figur 3a-3c ) kobber EMTE'er ved hjælp af EBL viser, at EMTE-struktur og nøgle trin i LEIT-fabrikation, herunder elektroplating og overførsel af overførsler, kan pålideligt nedskæres til et sub-mikrometerområde. Tilsvarende kan andre stor-område-lit…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev delvist støttet af Den Generelle Forskningsfond fra Forskningsrådet for Den Særlige Administrative Region Hongkong (Præmie nr. 17246116), Young Scholar Programmet fra National Natural Science Foundation of China (61306123), Basic Research Program- Generelle Program fra Videnskab og Teknologi Innovation Commission of Shenzhen Kommune (JCYJ20140903112959959), og nøgleforsknings- og udviklingsprogrammet fra Zhejiang Provincial Department of Science and Technology (2017C01058). Forfatterne vil gerne takke Y.-T. Huang og SP Feng for deres hjælp med de optiske målinger.
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 |