قابلة للتطوير حل معالجتها استراتيجية تصنيع عالية الأداء، مرنة، أقطاب شفافة مع شبكة معدنية جزءا لا يتجزأ
Summary
يصف هذا البروتوكول استراتيجية تلفيق القائم على حل للأقطاب عالية الأداء ومرنة وشفافة مع جزءا لا يتجزأ من، شبكة معدنية سميكة. أقطاب شفافة مرنة ملفقة من قبل هذه العملية تظهر بين أعلى أداء ذكرت، بما في ذلك مقاومة منخفضة جدا ورقة، ونفاذية بصرية عالية والاستقرار الميكانيكي تحت الانحناء، التصاق الركيزة قوية، نعومة السطح، والاستقرار البيئي.
Abstract
هنا، فإن المؤلفين تقرير جزءا لا يتجزأ من شبكة معدنية معدنية شفافة (إمت)، قطب شفاف جديد (تي) مع شبكة معدنية جزءا لا يتجزأ تماما في فيلم البوليمر. تقدم هذه الورقة أيضا منخفضة التكلفة، خالية من فراغ طريقة التصنيع لهذه الرواية تي. النهج يجمع بين الطباعة الحجرية، والطلاء بالكهرباء، ونقل بصمة (ليت) المعالجة. وتوفر الطبيعة المضمنة ل إمتس العديد من المزايا، مثل نعومة السطح العالية، وهو أمر ضروري لإنتاج الأجهزة الإلكترونية العضوية؛ الاستقرار الميكانيكية متفوقة خلال الانحناء؛ مقاومة مواتية للمواد الكيميائية والرطوبة؛ والتصاق قوي مع فيلم من البلاستيك. ليت تلفيق يتميز عملية الطلاء الكهربائي لترسب المعادن خالية من فراغ ومواتية للإنتاج الضخم الصناعي. وعلاوة على ذلك، يسمح ليت لتصنيع شبكة معدنية مع نسبة ارتفاع عالية ( أي سمك لينويدث)، وتعزيز كبير في تصرفها الكهربائي دون خسارة سلبا تر البصريةansmittance. نحن نبرهن على نماذج متعددة من إمتس مرنة، مع مقاومة ورقة أقل من 1 Ω / متر مربع والنفاذية أكبر من 90٪، مما أدى إلى أرقام عالية جدا من الجدارة – ما يصل إلى 1.5 × 10 4 – وهي من بين أفضل القيم في المؤلفات المنشورة.
Introduction
ويجري في جميع أنحاء العالم إجراء دراسات للبحث عن بدائل للأكاسيد الموصلات الشفافة الصلبة، مثل أكسيد القصدير الإنديوم وأكسيد القصدير المخدر بالفلورين (فتو)، وذلك من أجل تفريق تيس مرنة / قابلة للتمديد لاستخدامها في المستقبل / الأجهزة الضوئية لمط 1 . وهذا يتطلب مواد جديدة مع أساليب تصنيع جديدة.
وقد درست المواد النانوية، مثل الجرافين 2 ، والبوليمرات 3 و 4 والأنابيب النانوية الكربونية 5 ، وشبكات أسلاك متناهية الصغر المعدنية العشوائية 6 و 7 و 8 و 9 و 10 و 11 ، وأظهرت قدراتها في أنظمة تيس مرنة، تعالج أوجه القصور في (تيس) القائمة على تكو، بما في ذلك هشاشة 12 ، وانخفاض نفاذية الأشعة تحت الحمراء 13 ، وفرة منخفضة 14 . حتى مع هذه الإمكانات، فإنه لا يزال من الصعب تحقيق عالية الكهربائية والبصرية تصرف دون تدهور تحت الانحناء المستمر.
في هذا الإطار، يتشكل المعدن العادي 15 ، 16 ، 17 ، 18 ، 19 ، 20 تتطور كمرشح واعد وقد أنجزت بشكل ملحوظ الشفافية البصرية العالية ومقاومة ورقة منخفضة، والتي يمكن أن تكون الانضباطي على الطلب. ومع ذلك، فقد أعيق الاستخدام الواسع النطاق لشبكات تيس التي تعتمد على شبكات معدنية بسبب العديد من التحديات. أولا، تلفيق غالبا ما ينطوي على مكلفة، ترسب فراغ القائم على المعادن 16 ، 17 ، </sup> 18 ، 21 . ثانيا، سمك قد يسبب بسهولة الكهربائية قصيرة الدائرة 22 ، 23 ، 24 ، 25 في الأغشية الرقيقة الأجهزة الضوئية العضوية. ثالثا، التصاق ضعيف مع نتائج السطح الركيزة في ضعف المرونة 26 ، 27 . وقد أفضت القيود المذكورة أعلاه إلى إنشاء هياكل تي جديدة تعتمد على شبكة معدنية، ومناهج قابلة للتطوير.
في هذه الدراسة، ونحن تقرير هيكل جديد من تيس مرنة التي تحتوي على شبكة معدنية جزءا لا يتجزأ تماما في فيلم البوليمر. نحن أيضا وصف مبتكرة، القائم على حل، ومنخفضة التكلفة تلفيق النهج الذي يجمع بين الطباعة الحجرية، إليكتروديبوسيتيون، ونقل بصمة. وقد تم تحقيق قيم ال فوم التي تصل إلى 15 ألف على عينة إمت. نظرا لطبيعة جزءا لا يتجزأ منوقد لوحظت إمتس، والكيميائية ملحوظا، والميكانيكية، والاستقرار البيئي. وعلاوة على ذلك، يمكن استخدام تقنية التصنيع المصنعة للحل التي أنشئت في هذا العمل لإنتاج منخفضة التكلفة وإنتاجية عالية من إمتس المقترحة. هذه التقنية تلفيق قابلة لل أدق شبكة معدنية لينويدثس، مساحات أكبر، ومجموعة من المعادن.
Protocol
Representative Results
Discussion
لدينا طريقة تلفيق يمكن تعديلها مرة أخرى للسماح للتدرج من أحجام ميزة والمناطق من العينة واستخدام مواد مختلفة. نجاح تلفيق ميكروميتر-لينويدث الفرعية ( الشكل 3A-3C ) إمتس النحاس باستخدام إبل يثبت أن هيكل إمت والخطوات الرئيسية في تصنيع ليت، بما في ذلك الكه…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد حظي هذا العمل بدعم جزئي من صندوق البحوث العامة التابع لمجلس منح البحوث التابع لمنطقة هونغ كونغ الإدارية الخاصة (الجائزة رقم 17246116)، وبرنامج الباحثين الشباب التابع للمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (61306123)، وبرنامج البحوث الأساسية – البرنامج العام من لجنة العلوم والتكنولوجيا والابتكار لبلدية شنتشن (JCYJ20140903112959959)، وبرنامج البحث والتطوير الرئيسية من إدارة مقاطعة تشجيانغ للعلوم والتكنولوجيا (2017C01058). ويود المؤلفون أن يشكروا Y.-T. هوانغ و سب فنغ لمساعدتهم مع القياسات البصرية.
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).
