纳米转印方法及纳米功能器件的制作方法

文档序号:9617043
纳米转印方法及纳米功能器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米技术领域,具体地涉及一种纳米转印方法及纳米功能器件。
【背景技术】
[0002]柔性电子(FlexibleElectronics),又称为印刷电子(Printed Electronics)或有机电子(Organic Electronics),是将有机/无机电子器件沉积在柔性基板上形成电路的新兴电子技术。以其独特的柔性及高效、低成本的制造工艺在柔性电子显示、0LED/QLED、薄膜太阳能电池板及能源等领域有迫切需求。
[0003]在柔性显示领域,需要精细线宽的电极和不同特性的功能区域。现有的基于硅基的光刻工艺,不能满足柔性电子器件大面积、柔性化和低成本的要求。特别是采用印刷技术来制备有机显示器件,一直是国内外产业的愿望和未来的发展方向。将有机高分子或者纳米银制成墨水,采用喷墨打印技术可进行精密电路和功能区的制备,但打印线宽仅达20um(1975年半导体工艺水平),且打印效率与墨水特性是制约批量化与低成本的主要障碍。凹印和胶印(gravure printing和offset printing)特征线宽也在数十微米以上,由于印刷墨水粘度和墨点扩散等因素,凹印和胶印还达不到显示器件对电极线宽和功能区厚度控制精度的要求。
[0004]在电容触控屏行业,需要低方阻(〈10欧/方)极细线宽(〈5微米)的透明导电膜,以满足金属网格导电膜和大尺寸触控显示器件制备需求。同样,柔性显示电路的线宽和导电性要求更高。已有的氧化铟锡ΙΤ0透明导电膜的方阻约150欧/方,且脆性,不适合柔性显示与触控要求。而用传统铜蚀刻工艺来制备金属网格透明导电膜,存在大量的刻蚀污染,同时大面积导电膜的电路线宽一般在5微米以上,且线宽的一致性不易控制。
[0005]在锂电池领域,需要更好储能特性的纳米电极,尤其需多层纳米结构的碳纳米管(CNT)和活性材料的复合电极。已有的铝基涂布,很难实现纳米级的多层复合电极,且成本高,稳定性控制难以控制。
[0006]因此,需要有一种能实现厚度精确控制至纳米精度、电极线宽达到数十纳米的高效、低成本的绿色制造方法,以满足工业界对纳米级线宽的电极、及厚度在纳米级的功能区域的制备要求。

【发明内容】

[0007]鉴于此,本发明提供了一种纳米转印方法及纳米功能器件,以克服现有技术中存在的不足。
[0008]为了实现上述目的,本发明提供一种纳米转印方法,其包括如下步骤:
[0009]S1.在柔性金属基板上涂布光刻胶;
[0010]S2.对所述涂布光刻胶的柔性金属基板进行光刻,在柔性金属基板表面形成沟槽图形,显影并露出光刻胶底部的柔性金属基板;
[0011]S3.将经过步骤S2处理的柔性金属基板放入第一电铸槽中,进行第一次电铸处理,在沟槽中生长突伸出的金属电极层,对所述金属电极层表面进行钝化处理;
[0012]S4.将经过步骤S3处理的柔性金属基板放入第二电铸槽中,进行第二次电铸处理,在金属电极层上形成纳米级材料层;
[0013]S5.将经步骤S4处理的柔性金属基板包覆于辊筒上,使得柔性金属基板的底面与所述辊筒相贴合,通过卷对平转印模式,控制所述柔性金属基板,在相应承接基板上转印纳米材料层。
[0014]作为本发明的纳米转印方法的改进,所述步骤S1中,所述光刻胶为正性光刻胶,所述柔性金属基板为不锈钢或镍,或者所述柔性金属基板为PET、P1、PEN中的一种表面金属化后形成的金属导电基板。
[0015]作为本发明的纳米转印方法的改进,所述步骤S3还包括:在所述第一电铸槽的阳极上放置所需金属材料,通电后,阴极金属离子在所述沟槽中沉积生长出lOOnm-lOum的金属电极层。
[0016]作为本发明的纳米转印方法的改进,所述步骤S4还包括:在所述第二电铸槽的阳极上放置所需电铸材料,通电后,控制柔性金属基板的拉伸速度、阳极与阴极的距离、电流密度,在所述金属电极层上形成厚度为数十纳米?数微米的用于转印的纳米级材料层。
[0017]作为本发明的纳米转印方法的改进,根据金属基板的电极图形的特征尺寸,所述阳极与阴极的距离范围为2mm?200mmo
[0018]作为本发明的纳米转印方法的改进,所述电铸材料选自金属、半导体、碳纳米管、石墨烯中的一种或者几种的混合。
[0019]作为本发明的纳米转印方法的改进,所述纳米转印方法还包括:S6.更换第二电铸槽中的电铸材料,重复步骤S4和S5,得到多层复合材料的电极器件。
[0020]为了实现上述目的,本发明还提供一种根据如上所述的纳米转印方法得到的纳米功能器件,其包括基板、以及设置于所述基板上转印的纳米材料层。
[0021]作为本发明的纳米功能器件的改进,所述纳米材料层位于所述基板上的同一区域或不同区域,所述纳米材料层为一层或多层,所述纳米材料层为多层时,多层纳米材料层层叠设置于所述基板上。
[0022]作为本发明的纳米功能器件的改进,所述纳米功能器件可以为:透明导电膜、锂电池复合电极、柔性显示电极、0LED的透明导电电极。
[0023]与现有技术相比,本发明的有益效果是:
[0024](1)本发明通过柔性金属电极模具,便于将金属电极层表面的纳米级材料层转印到大面积基板表面上。由于金属电极层突伸设置,其顶部纳米级材料层与基板表面的实际接触面积很小,在转印时,其单位表面的实际压印力高于用光刻-蚀刻工艺做出来的平面电极模具,有利于顶部的纳米级材料层的完整转印。
[0025](2)本发明通过卷对平转印模式,柔性金属基板包覆在辊筒上,转印时,柔性金属基板与被转印的基板间形成包角,对脱模、柔性金属基板寿命和转印面积有极大提升。印章式的平对平纳米转印,面积一般小于1英寸,而本发明可实现米级幅面。由于卷压平属于线接触,整体压力减小,柔性金属基板形成的模具的重复使用寿命延长,一般地,镍板模可实现数千次到数万次的转印。
[0026](2)本发明通过对金属电极层表面进行钝化处理,有利于纳米级材料层与金属电极层的分离,提升纳米转印的成品率,使纳米级材料层的转移保真度提高。
【附图说明】
[0027]图1是在柔性金属基板上涂布光刻胶并进行光刻后的结构示意图;
[0028]图2是金属电极层与柔性金属基板形成转印时的模具剖视图;
[0029]图3是光刻后的柔性金属基板在第一电铸槽中电铸时的示意图;
[0030]图4是模具在第二电铸槽中电铸时的示意图;
[0031]图5是带有纳米材料层的模具剖视图;
[0032]图6为本发明的纳米转印方法中步骤S5的示意图,此时,纳米材料层位于所述基板上的同一区域;
[0033]图7为本发明的纳米转印方法中步骤S6的示意图,此时,纳米材料层位于所述基板上的不同区域;
[0034]图8为本发明的纳米转印方法中步骤S6的示意图,此时,纳米材料层位于所述基板上的同一区域并进行复合叠加。
[0035]附图中涉及的附图标记和组成部分说明:1.柔性金属基板;2.光刻胶;3.沟槽图形;4.金属电极层;5.第一电铸槽;6.第二电铸槽;7.纳米材料层;8.辊筒;9.基板;10.活性材料层。
再多了解一些
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