碳材导电膜的转印方法
【专利摘要】本发明提供一种碳材导电膜的转印方法，包括：提供第一基材；在第一基材的表面上形成无机氧化层，无机氧化层的总表面能介于30mJ/m2至75mJ/m2之间，且无机氧化层表面的色散成分表面能与总表面能的比值介于0.4至0.8之间；将碳材分散液涂布于无机氧化层上；烘干碳材分散液，以在无机氧化层上形成碳材导电膜；将碳材导电膜浸入溶剂中，以分离碳材导电膜与无机氧化层；以及将第二基材与分离的碳材导电膜贴合，使碳材导电膜转印至第二基材上。
【专利说明】碳材导电膜的转印方法
【【技术领域】】
[0001]本发明涉及碳材导电膜，更特别涉及碳材导电膜的转印方法。
【【背景技术】】
[0002]随着平面显示器、触控面板、太阳光电、及下世代柔性电子产品开发日益蓬勃，透明导电膜材料的市场亦随之大幅成长。然而ITO价格昂贵、来源有限、且挠曲性较差，其替代材料的开发已成为近年来研发重点之一。由于碳纳米管(CNT)具备高长径比、高导电性、良好的机械强度、及耐化性等特性，在透明导电膜应用上极具潜力。相比于IT0、CNT组成的透明导电膜具有更佳的可挠性、耐候性、制程便利性、及自然色调等优点。
[0003]形成碳纳米管导电膜的制程方式大致为喷雾涂布(spray coating)、狭缝模具式涂布(Slot-die Coating)、微凹版印刷式涂布(Micro-gravure Coating)、浸润式涂布(Dip Coating)、旋转式涂布(Spin Coating)、真空过滤(vacuum filtration)、或逐层组装(layer-by-layer)。然而前述制程仅有狭缝模具式涂布、微凹版印刷式涂布、与喷雾涂布符合大面积生产与量产性。碳纳米管分散液的制备上仍以水溶液系统为主，主要通过添加分散剂以协助碳纳米管分散于水中，其分散的碳纳米管浓度相对较高。分散剂以十二烷基苯横酸纳(sodiumdodecylbenzene sulfonate, SDBS)与十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate, SDS)具有较佳的分散特性。若只采用N-甲基吡咯烷酮(N-Methyl-2-pyrrolidone, NMP)、三氯甲烧、二氯甲烧等有机溶剂直接分散碳纳米管,贝丨J分散浓度过低而不易应用狭缝模具式涂布或微凹版印刷式涂布制备碳纳米管导电膜。另一方面，有机溶剂会化学侵蚀部分 高分子基材，且过多有机溶剂的使用也会有环境安全的疑虑。
[0004]在碳纳米管涂布成膜的制程中，分散液与基材的匹配性也是关键之一。由于碳纳米管分散液的表面张力与表面能受限于所选择的分散液系统，对于表面能较低的基材如聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate, PMMA)、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚丙烯(Polypropylene, PP)、聚乙烯(polyethylene, PE)、聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene, PTFE)等，则难以用涂布方式形成碳纳米管导电膜。此外，目前仅有喷雾涂布可能在非平面基材上形成纳米碳材导电膜，但仍面临涂布均匀性与材料利用率偏低等问题。综上所述，目前亟需新的方法在不同基材上形成碳材导电膜。
【
【发明内容】
】
[0005]本发明一实施例提供一种碳材导电膜的转印方法，包括:提供第一基材；在第一基材的表面上形成无机氧化层，无机氧化层的总表面能介于30mJ/m2至75mJ/m2之间，且无机氧化层表面的色散成分表面能与总表面能的比值介于0.4至0.8之间；将碳材分散液涂布于无机氧化层上；烘干碳材分散液，以在无机氧化层上形成碳材导电膜；将碳材导电膜浸入溶剂中，以分离碳材导电膜与无机氧化层；以及将第二基材与分离的碳材导电膜贴合，使碳材导电膜转印至第二基材上。【【专利附图】
【附图说明】】
[0006]图1至4为本发明一实施例中，将碳材导电膜由第一基材转印至第二基材的示意图；以及
[0007]图5至7为本发明一实施例中，将碳材导电膜由第二基材转印至第三基材的示意图。
[0008]【主要附图标记说明】
[0009]11~第一基材；
[0010]13~无机氧化层；
[0011]15~碳材导电膜；
[0012]17~第二基材；
[0013]19~粘着层；
[0014]21~第三基材。
【【具体实施方式】】
[0015]首先如图1所示，在第一基材11的表面上形成无机氧化层13。第一基材11的材质并无特殊限制，只要能形成无机氧化层13于其上，并能忍受后续制程条件即可。在本发明一实施例中，形成无机氧化层13的方法为湿式制程，比如将无机氧化物粒子的分散液涂布于第一基材11的表面后烘干，且无机氧化物粒子为溶剂相的溶胶。在此实施例中，无机氧化物粒子的尺寸介于2nm至200nm之间。若无机氧化物粒子尺寸过大，则因表面粗糙度过大而会影响纳米碳材的涂布 成膜特性，不易形成均匀的碳材导电膜。在本发明另一实施例中，形成无机氧化层13的方法为干式制程，比如蒸镀沉积、溅镀沉积、化学气相沉积法、或物理气相沉积法。无机氧化物层13的组成可为氧化硅、氧化锆、氧化铝、氧化锡、氧化钛、氧化锌、或上述的组合。不论采用何种制程，最后形成的无机氧化层13的总表面能介于30mJ/m2至75mJ/m2之间，且色散成分表面能与总表面能的比值介于0.4至0.8之间。关于总表面能与色散成分表面能的定义详见Journal of Achievements inMaterials andManufacturing Engineering, 24, 137-145 (2007)，并利用 Owens-Wendt 所提出的几何平均法进行固体表面能的计算。若无机氧化层13的总表面能过低，将无法形成碳材导电膜于其上。若无机氧化层13的色散成分表面能与总表面能的比值过低(即色散成分表面能过低)，则无法以浸润溶剂的方式剥离形成于无机氧化层13上的碳材导电膜。若无机氧化层13的色散成分表面能与总表面能的比值过高(即色散成分表面能过高)，亦无法以浸润溶剂的方式剥离形成于无机氧化层13上的碳材导电膜。
[0016]接着如图2所示，将碳材分散液涂布于无机氧化层13上，并烘干碳材分散液，以形成碳材导电膜15于无机氧化层13。上述碳材分散液的碳材可为碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、还原的氧化石墨烯、石墨烯纳米带、或上述的组合。在本发明一实施例中，碳材分散液的碳材浓度介于0.01￥1:%至1.0wt%之间。若碳材分散液的碳材浓度过高,则不易形成完全均匀分散的分散液。若碳材分散液的碳材浓度过低，则在需形成一定厚度或导电特性的碳材导电膜条件下，必须以涂布较厚的湿膜或是多层涂布的方式达成，但容易面临因干燥过程干燥速率不均而导致非均匀成膜的问题。将碳材分散液涂布于无机氧化层13上的方法可为线棒涂布、喷雾涂布、狭缝模具式涂布、微凹版印刷式涂布、浸润式涂布、旋转式涂布、或其他常见的涂布方式。在本发明一实施例中，烘干碳材分散液的温度介于30°C至180°C，且烘干时间介于10秒至2小时。在本发明另一实施例中，烘干碳材分散液的温度介于60°C至140°C，且烘干时间介于30秒至I小时。若烘干步骤的温度过低及/或时间过短，则无法烘干碳材分散液以形成碳材导电膜15。若烘干步骤的温度过高及/或时间过长，会使碳材导电膜15与无机氧化层13的作用力过大，而无法以浸润溶剂的方式剥离形成于无机氧化层13上的碳材导电膜15。
[0017]接着如图3所示，将第一基材11、无机氧化层13、及碳材导电膜15的多层结构浸入溶剂中，以分离碳材导电膜15与无机氧化层13。在本发明一实施例中，溶剂可为水、醇类、或其他常见的极性溶剂。
[0018]接着如图4所示，将第二基材17置于碳材导电膜15上，使第二基材17与碳材导电膜15贴合，以完成碳材导电膜15的转印步骤。在本发明一实施例中，第二基材17可为玻璃、塑胶、或合成树脂如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚二甲基硅氧 烷、或聚四氟乙烯。在本发明一实施例中，第二基材17可为非平面基材如曲面基材。值得注意的是，形成于非平面的第二基材17上的碳材导电膜15具有均匀厚度。
[0019]在本发明另一实施例中，进一步施加粘着层19于碳材导电膜15的表面上。如图5所示，碳材导电膜15夹设于第二基材17与粘着层19之间。虽然图5中的粘着层19形成于碳材导电膜15的所有表面上,但粘着层19亦可只形成于碳材导电膜15的部分表面上(即点胶)，应视需要而定。粘着层19可为光固化胶如3M公司的L0CA-2175、EAS-1616与Dow Corning的UV-SIL 400等，热固化胶如购自汉克股份有限公司的水胶RZ-570，水气固化胶如Dow Corning的硅胶-9176L，或感压胶如3M公司的0CA_8142、8262等。
[0020]接着如图6所示，将第三基材21贴合至粘着层19上，且贴合方式可为热压合、真空贴合、或类似方法。接着固化粘着层19，其固化方式可为光固化、热固化、水气固化、或压力固化，应视粘着层19的型态而定。最后将第二基材17移除，即将碳材导电层15转印至第三基材21上。与第二基材17 —样,第三基材21可为非平面基材如曲面基材,且形成于非平面的第三基材21上的碳材导电膜15具有均匀厚度。
[0021]上述转印制程可进一步应用于连续制程如卷对卷(roll to roll)制程或其他连续制程以大量生产。可以理解的是，形成于第一基材11上的无机氧化层13可重复使用。与现有技术中先形成碳材导电膜于基材上，再蚀刻移除基材以得到碳材导电膜的方法相比，本发明的方法不但较简单也较省时。
[0022]为了让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举多个实施例配合所示附图，作详细说明如下:
[0023]【实施例】
[0024]本发明实施例使用的碳纳米管为经纯化的单层碳纳米管(Single-walIedcarbonnanotube, SWNT)，其制备方法为飘浮触媒化学气相沉积法，请参见台湾专利1306834。碳纳米管分散液的制备取SWNT、十二烷基苯磺酸钠(sodium dedocylbenzene sulfonate)及去离子水以重量比0.1/0.2/100.0方式混合，并以超声波振荡器(Sonicator 3000，购自Misonix)进行振荡分散十分钟即可得SWNT分散液。[0025]基材的表面能则分别利用纯水与二碘甲烷进行接触角的测量，并利用Owens-Wendt所提出的几何平均法进行固体表面能的计算,公式如式1:
【权利要求】
1.一种碳材导电膜的转印方法，包括: 提供第一基材； 在该第一基材的表面上形成无机氧化层，该无机氧化层的总表面能为30mJ/m2至75mJ/m2，且该无机氧化层表面的色散成分表面能与总表面能的比值为0.4至0.8 ; 将碳材分散液涂布于该无机氧化层上； 烘干该碳材分散液，从而在该无机氧化层上形成碳材导电膜； 将该碳材导电膜浸入溶剂中，从而分离该碳材导电膜与该无机氧化层；以及 将第二基材与分离的该碳材导电膜贴合，使该碳材导电膜转印至该第二基材上。
2.如权利要求1所述的碳材导电膜的转印方法，其中在该第一基材的表面上形成该无机氧化层的步骤包括: 将无机氧化物粒子的分散液涂布于该第一基材的表面，其中该无机氧化物粒子为溶剂相的溶胶；以及 烘干该无机氧化物粒子的分散液以形成该无机氧化层。
3.如权利要求2所述的碳材导电膜的转印方法，其中该无机氧化物粒子的尺寸为2nm至 200nm。
4.如权利要求1所述的碳材导电膜的转印方法，其中在该第一基材的表面上形成该无机氧化层的步骤包括蒸镀沉积、溅镀沉积、化学气相沉积法、或物理气相沉积法。
5.如权利要求1所述的碳材导电膜的转印方法，其中该无机氧化层包括氧化硅、氧化锆、氧化铝、氧化锡、氧化钛、氧化锌、或上述的组合。
6.如权利要求1所述的碳材导电膜的转印方法，其中该碳材分散液的碳材包括碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯纳米带、或上述的组合。
7.如权利要求1所述的碳材导电膜的转印方法，其中该碳材分散液的碳材浓度为0.01wt% 至 1.0wt % ο
8.如权利要求1所述的碳材导电膜的转印方法，其中该第二基材包括玻璃、塑胶、或合成树脂。
9.如权利要求8所述的碳材导电膜的转印方法，其中该合成树脂包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚二甲基硅氧烷、或聚四氟乙烯。
10.如权利要求1所述的碳材导电膜的转印方法，其中该第二基材包括非平面基材。
11.如权利要求1所述的碳材导电膜的转印方法，还包括: 在该碳材导电膜的表面上施加粘着层，其中该碳材导电膜夹设于该第二基材与该粘着层之间； 将第三基材贴合至该粘着层后固化该粘着层，使该碳材导电膜转印至该第三基材上；以及 移除该第二基材。
12.如权利要求11所述的碳材导电膜的转印方法，其中固化该粘着层的步骤包括热固化、光固化、水气固化、或压力固化。
13.如权利要求11所述的碳材导电膜的转印方法，其中该第三基材包括非平面基材。
【文档编号】B41M5/025GK103786457SQ201210499082
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年11月29日 优先权日:2012年10月29日
【发明者】郭信良, 黄承钧, 黄淑娟 申请人:财团法人工业技术研究院