耐温的透明电导体、制造方法以及用图
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种带有透明基材和基材上的导电层的透明的电导体，其中，导电层 具有多个导电的、纳米级的添加物，其中，添加物彼此区域性地形成导电性连接，以便形成 导电层，其中，基材由玻璃或玻璃陶瓷原料或者具有玻璃和/或玻璃陶瓷的复合原料形成， 其中，添加物至少区域性地嵌入到基质层中，并且其中，基质层由透明基质材料形成。
【背景技术】
[0002] 透明的电导体由透明的基材材料制成，在该基材材料上施布有透明的导电层。在 此，透明的导电层的突出之处在于良好的电导率，其中，同时还存在对于可见波长范围中的 光的高透射率。电导体可以构建为在IXD显示屏、触摸屏、光伏电池、抗静电覆层和EMV覆 层中的透明电极。
[0003] 由现有技术已知透明电导体，为了制作该电导体在基材表面上施布一种含有导电 的纳米级添加物的液体。根据US8, 049, 333B2特别是使用金属纳米线作为添加物。随后 蒸发液体，从而使添加物网络状地置于基材上。随后根据US8, 049, 333B2把基质材料施 布到添加物层上。然后，可以把基质材料机械式地压入到添加物层中。随后对基质材料时 效硬化。为了实行在US8,049,333B2中所述的方法，需要比较高的技术花费，尤其是以下 方面：首先施布添加物层并且随后在第二覆层步骤中施布保护基质。此外，通过在该文献中 所述的方法制作的电导体特别是在温度影响下不具有针对特定应用所要求的长期稳定性 和耐温性。
[0004] 由现有技术还已知灶台，其中，在由玻璃或玻璃陶瓷制成的板下布置有电加热元 件。此外，在玻璃或玻璃陶瓷板的背侧布置有显示屏或触摸传感器。在此，通过溅射或液态 覆层方法把例如IT0覆层或由其他的透明导电氧化物制成的层施布到玻璃或玻璃陶瓷板 的背侧上。例如由US7, 309, 405描述了一种用于生产带有锡掺杂氧化铟（IT0)的覆层的 方法。这种覆层具有高透射率和良好的电导率，并且可以通过溅射方法施布到玻璃陶瓷的 底侧上。用于制造这种层的技术花费同样是非常高。由于铟的供应量萎缩，材料价格提高 是可以预见的，这进而对该方法的可采用性提出了问题。
[0005] 由JP2010 092 650说明了一种在炉灶盘的背侧上带有触摸面板的灶台，其由透 明的导电层制成，该导电层由半导体氧化物和附加的透明保护层制成。
[0006] DE10 2009 053 688公开了一种能丝网印刷的、透明的导电覆层溶液。其添加有 铟和一种锡化合物，并且适用于形成IT0层。这些覆层溶液具有极高的表面电阻。覆层必 须加以焙烤，从而不能使用预加应力的玻璃基材。此外，该层在热学预加应力过程期间不能 被焙烤。
[0007] 最后，在灶台应用中已知，能印刷带有导电结构的膜。于是这些膜可以被层压在灶 台的底侧上。然而在此，在粘合剂在与大气的相互作用下而失效时，可能发生层压脱开的风 险。此外，使膜无气泡地与炉灶面底侧粘合是麻烦的。
【发明内容】
[0008] 本发明的任务是提供一种开头提到的类型的透明的电导体，其即使在温度影响下 也具有足够高的寿命。此外，本发明的任务是，优选以每个透明导电层仅一个覆层步骤地， 以简单的方法制造透明的电导体。
[0009] 这个任务通过以下方式解决，即，基材和基质材料由具有至少140°C的耐热性的原 料制成。因此，透明的电导体可以设计为，特别适用于炉灶面应用并且在那里特别是能够采 用在炉灶面的冷区中。其在那里可以为了设计显示屏或触摸传感器而构建。放在炉灶区表 面上的热的或者过热的锅不会损坏透明的电导体。更确切地说，该透明的电导体具有足够 高的疲劳强度和耐抗性。
[0010] 优选地，基材和基质材料具有至少140°c，优选至少180°C，特别优选至少200°C的 耐热性，从而电导体特别是可以安置在炉灶面的冷区中。
[0011] 根据本发明优选的变型方案可以设置，具有根据擦刻硬度计测试（带有1. 〇_碳 化鹤尖端的Elcometer3092硬度测试棒）测定的至少500g、优选至少700g的基质材料耐 刮划性。据此保证，透明的电导体具有足够高的机械强度。于是该电导体是特别耐刮划的。 这特别是在炉灶面的情况下是有利的，这是因为在把炉灶面安装到炉具过程期间可能会受 到强烈的机械负载。从而例如可能发生的是，金属支架的尖锐棱边在该过程中触碰到涂层。
[0012] 此外，用于使用在炉灶面中的透明的电导体应当还具有针对水蒸气的足够的耐抗 性，这是因为水蒸气可能是高腐蚀性的。因此对于在炉灶面中的应用，应当按如下方式选择 基质材料，即，直至一小时确保针对水蒸气的耐抗性（通过带有废水的锅测试）。此外，还应 当给予耐老化性，其中，经过10年，电导体的表面电阻升高不超过25%，优选不超过10%。
[0013] 特别地，在用于显示屏的情况下，基质材料应当具有在可见光范围 (400nm彡入彡700nm)中的大于90 %的光透射率，优选具有大于95 %的光透射率（根据 ASTMD1003)〇
[0014] 为了不通过透明的电导体引起对透明度的高的干扰，基质材料的雾度值应当小于 5%，优选小于3%，特别优选小于1%。雾度值是透明试样的浑浊度的量度。该值说明了传 输的光的由被透射的试样散射的或反射的份额。因此，雾度值定量测定了基质材料的表面 中或结构中的材料缺陷。
[0015] 可以使用例如金属的纳米线或纳米管作为导电的添加物。这些添加物保证了良好 的电导率，其中，由于纳米级的尺寸维持了高透射率。在此，以下添加物被定义为"纳米级" 的，即，其大小为至少一个维度200纳米或更小。纤维状导电添加物的与其微小的纳米级直 径的结合可以实现构成导电网络。在此，可以通过导电添加物的量有针对性地调整电阻。在 使用带有微小长径比Aspcktvcrhjiltnis〗的添加物的情况下，为了构成导电路径需要很高 的添加物剂量（直至50质量％)，而所谓的渗流阈值（即添加物的临界浓度，在该浓度下 (层）材料的电导率突然提高）在带有高长径比的添加物的情况下处在在明显更低的浓度 下。
[0016] 适合的基质材料例如为能紫外硬化或热硬化的聚合物、能紫外交联或热有机交联 的杂化聚合物（杂化高分子，hybridpolymer)溶胶凝胶材料、杂化聚合物溶胶凝胶材料、纳 米颗粒官能化的溶胶凝胶材料、带有纳米颗粒填充物的溶胶凝胶材料和/或无机的溶胶凝 胶材料。
[0017] 针对制造带有透明导电层的根据本发明的透明的电导体，在液态的基质前体中分 散有高导电性的添加物，并且其在覆层步骤中与基质材料一起施布到基材上。在此，基质按 如下方式实施，即，高导电性的添加物可以被分散到该基质中。但是同时，基质不完全包围 导电添加物地安放，从而基质不使导电添加物彼此电绝缘。
[0018] 基质材料的耐热性可以在退火试验中在相应的温度下（根据本发明彡140°c)测 试2小时。在本发明的特定实施方式中，基质对高导电性的添加物进行保护，使其免受降解 (保护免受氧、硫、水、酸进攻）或腐蚀。据此，确保了经覆层的基材的电导率的长期稳定性。
[0019] 为了制造根据本发明的电导体，优选给基材覆层以覆层溶液，例如一种丝网印刷 涂料，其由形成基质的材料和高导电性的添加物以及在必要时的其他添加剂（分散剂、表 面反应物（表面活性剂）、溶剂、增稠齐IJ、流平齐IJ、脱气剂、消泡齐IJ、硬化剂、引发剂、腐蚀抑制 齐U、增附剂等）制成。
[0020] 可以使用带有<5bar、优选〈lbar、特别优选〈0.lbar的蒸汽压的高沸点溶剂。优 选加入具有大于120°C的沸点和>10的汽化率的溶剂。优选使用带有超过150°C的沸点和 >500的汽化率的溶剂，特别优选使用带有超过200°C的沸点和>1000的汽化率的溶剂。这 类高沸点溶剂特别是为乙二醇和乙二醇醚、萜烯和多元醇，以及由多种这些溶剂组成的混 合物。可以作为溶剂使用的有：乙酸丁酯、甲氧基乙酸丁酯、2_(2_丁氧基乙氧基）乙酸乙酯 (乙酸卡必醇酯）、2_ 丁氧基乙酸乙酯、乙酸丁基卡必醇酯F4789、丁基二甘醇、丁基二甘醇 乙酸酯、丁基乙二醇、丁基乙二醇乙酸酯、环己酮、双丙酮醇、二甘醇、二丙二醇单甲醚、二丙 二醇单丁醚、丙二醇单丁醚、丙二醇单丙醚、丙二醇单乙醚、乙氧基乙酸丙酯、己醇、1，3-二 乙氧基-2-丙醇、1，5-戊二醇、1-甲氧基-2-丙醇、4-羟基-4-甲基-2-戊酮、乙酰乙酸乙 酯、N、N-二甲基乙酰胺、聚乙二醇200、碳酸丙烯酯、甲氧基乙酸丙酯、单乙二醇、乙基吡咯 烷酮、甲基吡咯烷酮、二丙二醇二甲醚、丙二醇、丙二醇单甲醚、链烷烃和环烷烃的混合物、 芳香烃的混合物、芳香性烷基化的碳氢化合物的混合物以及n-，i-和环脂肪族的混合物。 特别是可以使用聚乙二醇醚，譬如二乙二醇单乙醚、三丙二醇单甲醚和松油醇作为溶剂。此 夕卜，可以使用由这些溶剂中的两种或多种的混合物。在此，溶剂既可以加入基质前体，也可 以加入纳米级添加物的溶液。
[0021] 为了能够以不同的涂布方法或打印方法施布覆层材料、特别是施布覆层溶液，作 为基质前体的纳米级添加物和/或基质材料二者，在被汇集到覆层材料中之前存在于至 少一种低沸点溶剂、至少一种高沸点的溶剂、或者由至少一种低沸点溶剂和至少一种高沸 点的溶剂组成的溶剂混合物中。低沸点溶剂具有低于120°C的沸点，高沸点溶剂具有高于 120°C的沸点。
[0022] 针对炉灶面应用，适用的基质材料有：能紫外硬化