透明导电薄膜室温沉积装置及方法
【专利摘要】本发明涉及导电薄膜【技术领域】，具体涉及一种可在常温下将导电油墨直接溅射到基底表面的透明导电薄膜制造装置及方法。该装置包括驱控机构以及与其连接的溅射机构，所述溅射机构与导电油墨连通；所述驱控机构驱动控制溅射机构将导电油墨溅射在覆有掩膜的基底表面；所述导电油墨为液态金属油墨。本发明的装置在常规条件下即可完成透明导电薄膜的制备过程，不但降低了对制备环境的要求，而且显著简化了透明导电薄膜制备工艺，提高了透明导电薄膜的生产效率，为柔性电子器件的发展提供了有力的技术支持。
【专利说明】透明导电薄膜室温沉积装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及导电薄膜【技术领域】，具体涉及一种可在常温下将导电油墨直接溅射到基底表面的透明导电薄膜制造装置及方法。
【背景技术】
[0002]越来越多的电子器件朝着柔性化、超薄化的方向发展，而柔性基底一般耐高温性能差，受热容易变形，无法通过高温沉积或高温退火等传统方法在其表面生成薄膜。因此，寻找方便、低成本的薄膜制造方法迫在眉睫。
[0003]目前常用的薄膜制备方法可分为化学方法和物理方法。薄膜制备的化学方法是以发生一定的化学反应为前提，这些化学反应可以由热效应引起或者由离子的电致分离引起，其沉积过程的控制较为复杂。物理沉积方法成膜的质量比较高，然而其成膜过程所需的高真空度环境、高激发溅射能量，使得薄膜制造的成本居高不下。
[0004]由于具有较高的载流子浓度和较宽的光学禁带，透明导电氧化物薄膜展示了较好的光电性能，比如低电阻率和高可见光透过率。常见的导电透明薄膜有ITO (IndiumTin Oxides,铟锡氧化物)和 ZA0(Zn0:Al, Al-doped Zinc Oxide,惨招氧化锋),ITO 薄膜已经应用于显示器的透明电极和太阳能电池等光电子领域。为了实现在有机柔性衬底的沉积，使透明导电薄膜的潜在用途扩大到可折叠液晶显示器、非晶硅太阳能电池等领域，使能耗降低、设备简化，室温沉积有着十分重要的应用价值。
[0005]目前，射频磁控溅射、脉冲激光法等均是室温沉积透明导电薄膜的方法。然而这些基于高真空、高能量需求的加工制造方法将会导致最终用户使用成本过高，制约其大规模普及应用。综上所述，新型的透明导电薄膜室温沉积装置及方法亟待被发掘。
【发明内容】
[0006](一)要解决的技术问题
[0007]本发明的目的在于提供一种透明导电薄膜室温沉积装置及方法，用于在基底表面室温机械溅射直接形成可用的透明导电薄膜，为柔性电子器件的低能耗化、制备工艺简单化开辟一条崭新的途径。
[0008](二)技术方案
[0009]本发明技术方案如下:
[0010]一种透明导电薄膜室温沉积装置，包括驱控机构以及与其连接的溅射机构，所述溅射机构与导电油墨连通；所述驱控机构驱动控制溅射机构将导电油墨溅射在覆有掩膜的基底表面；所述导电油墨为液态金属油墨。
[0011]所述溅射机构包括油墨刷以及与其过盈配合的划拨单元；所述划拨单元划拨油墨使附着在油墨刷上的导电油墨溅射至基底表面。
[0012]所述划拨单元为锯齿状结构体。
[0013]所述驱控机构包括依次连接的控制单元、驱动单元以及刷架；所述油墨刷固定在所述刷架上；所述控制单元控制驱动单元驱动刷架带动油墨刷往复运动。
[0014]所述基底为透明有机聚合物或玻璃。
[0015]所述液态金属油墨由包含0.lwt%-10wt%氧化物的液态金属或液态合金制成。
[0016]所述液态金属油墨由包含0.lwt%_10wt%氧化物并添加有0.lwt%_10wt%纳米光伏半导体颗粒和/或导电性纳米颗粒的液态金属或液态合金制成。
[0017]所述液态金属为镓。
[0018]所述液态合金为镓锌合金、镓铟合金、镓锡合金、铟锡合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金、镓铟锡锌铋合金、铜镓铟合金或铝镓铟合金中的一种或多种。
[0019]本发明还提供了一种透明导电薄膜室温沉积方法:
[0020]根据上述装置的透明导电薄膜制造方法，所述导电油墨溅射至基底表面经氧化处理后形成透明导电薄膜。
[0021](三)有益效果
[0022]本发明的透明导电薄膜室温沉积装置通过设置溅射机构，利用机械作用力将液态金属油墨溅射至基底表面，从而在基底上印刷透明导电薄膜；本发明的装置在常规条件下即可完成透明导电薄膜的制备过程，不但降低了对制备环境的要求，而且显著简化了透明导电薄膜制备工艺，提高了透明导 电薄膜的生产效率，为柔性电子器件的发展提供了有力的技术支持。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本发明一种透明导电薄膜室温沉积装置的结构示意图。
[0024]其中，1:基底；2:掩I吴；3:划拨单兀；4:油墨刷；5:刷架；6:支撑底板；7:驱动单元；8:控制单元。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和实施例，对发明的【具体实施方式】做进一步描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0026]如图1所示的一种透明导电薄膜室温沉积装置，包括驱控机构以及与其连接的溅射机构，溅射机构与导电油墨连通；驱控机构驱动控制溅射机构，溅射机构通过机械作用力将导电油墨溅射在基底I表面从而形成透明导电薄膜；基底I表面覆有掩膜2，掩膜2优选为易清洗的薄片材料，主要便于导电油墨在基底I表面形成各种形状不同的图案；导电油墨为液态金属油墨，液态金属及其合金电导率高，其氧化物，诸如氧化铟、氧化镓等都具有良好的透光性，其室温下可以保持液态的特点，使室温条件下导电油墨的溅射成为可能；本
实施例中，导电油墨置于墨盒之中，墨盒与溅射机构连通，从而及时为溅射机构补充导电油
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[0027]其中，溅射机构包括油墨刷4以及与其过盈配合的划拨单元3 ;划拨单元3与油墨刷4之间可以相对运动，从而使划拨单元3划拨油墨刷4，将附着在油墨刷4上的导电油墨溅射到基底I的表面；划拨单元3包括任何与导电油墨不发生反应且可以与油墨刷做相对运动，从而溅射出导电油墨液滴的结构，本实施例中，划拨单元3优选为锯齿状结构体，通过锯齿结构划拨油墨刷4 ;油墨刷4的要求是必须耐磨损，其材料可以是毛、棕、塑料丝、金属丝等。
[0028]其中，驱控机构包括依次连接的控制单元8、驱动单元7以及刷架5 ;本实施例中的控制单元包括PC机以及与其连接的刷架控制电路板，主要控制驱动单元的驱动力输出方式；油墨刷4固定在刷架5上，便于油墨刷的拆卸与更换；划拨单元3固定在支撑底板6上，同时支撑底板6上可以设置一段导轨，便于驱动单元7驱动油墨刷相对于划拨单元3的运动；驱动单元7优选为电机，主要用于为刷架5的运动提供驱动力；控制单元控制驱动单元7驱动刷架5运动，刷架5带动油墨刷4相对于划拨单元3以一定的速度往复运动，从而调节室温溅射的速度，便于更好的沉积形成透明导电薄膜。
[0029]其中，基底I的材料可以是包括柔性基底在内的透明材料，本实施例中优选采用低成本的透明有机聚合物或者玻璃材料。
[0030]其中，液态金属油墨可以由包含0.lwt%_10wt%氧化物的液态金属或液态合金制成；液态金属油墨也可以由包含0.lwt%-10wt%氧化物并添加有0.lwt%-10wt%纳米光伏半导体颗粒和/或导电性纳米颗粒的室温熔点金属或合金制成；通过添加纳米光伏半导体颗粒和/或导电性纳米颗粒可以增强透明导电薄膜的光能转换效率，提高了能源利用率。其中，液态金属可以为镓或者其他任何已知的适宜制备透明导电薄膜的液态金属；液态合金可以为镓锌合金、镓铟合金、镓锡合金、铟锡合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金、镓铟锡锌铋合金、铜镓铟合金或铝镓铟合金中的一种或多种。
[0031]通过上述装置将液态金属油墨溅射至基底表面后，液态金属油墨经氧化处理后形成透明导电薄膜，这样形成的透明导电薄膜表面覆盖有氧化物覆盖层，从而起到有力的保护作用。
[0032]上述透明导电薄膜室温沉积装置及方法在实际操作中的流程可以为:
[0033]1、制作所需形状的掩膜，覆盖在玻璃板上；
[0034]2、在室温下将含有0.25wt%氧化物的镓铟合金，制成有一定流动性液态金属油墨，通过控制墨盒的出墨量使油墨均匀地沾到油墨刷上；
[0035]3、通过控制单元控制刷架的往复运动，使液态金属油墨均匀地溅射到覆有掩膜的玻璃板表面；
[0036]4、液态金属油墨经氧化处理后形成透明导电薄膜。
[0037]上述技术方案所提供的透明导电薄膜沉积装置及方法，利用油墨刷与锯齿状结构体相对运动，通过机械作用力将导电油墨小液滴离散并溅射，从而在透明基底甚至柔性透明基底上印刷透明导电薄膜，在常规条件下即可完成其制备过程，降低了对环境的要求，进而显著简化了透明导电薄膜制备工艺，提高其生产和应用效率。同时，本发明的技术方案可应用于折叠液晶显示器、非晶硅太阳能电池等【技术领域】，能够大大的降低透明导电薄膜的制备成本，为低能耗、简化制备工艺开辟一条崭新的途径。
[0038]以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关【技术领域】的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范畴。
【权利要求】
1.一种透明导电薄膜室温沉积装置，其特征在于，包括驱控机构以及与其连接的溅射机构，所述溅射机构与导电油墨连通；所述驱控机构驱动控制溅射机构将导电油墨溅射在覆有掩膜(2)的基底(I)表面；所述导电油墨为液态金属油墨。
2.根据权利要求1所述的透明导电薄膜室温沉积装置，其特征在于，所述溅射机构包括油墨刷(4)以及与其过盈配合的划拨单元(3);所述划拨单元(3)划拨油墨刷(4)使附着在油墨刷(4)上的导电油墨溅射至基底(I)表面。
3.根据权利要求2所述的透明导电薄膜室温沉积装置，其特征在于，所述划拨单元(3)为锯齿状结构体。
4.根据权利要求2所述的透明导电薄膜室温沉积装置，其特征在于，所述驱控机构包括依次连接的控制单元(8)、驱动单元(7)以及刷架(5);所述油墨刷(4)固定在所述刷架(5)上；所述控制单元控制驱动单元(7)驱动刷架(5)带动油墨刷(4)往复运动。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的透明导电薄膜室温沉积装置，其特征在于，所述基底(I)为透明有机聚合物或玻璃。
6.根据权利要求1所述的透明导电薄膜室温沉积装置，其特征在于，所述液态金属油墨由包含0.lwt%-10wt%氧化物的液态金属或液态合金制成。
7.根据权利要求6所述的透明导电薄膜室温沉积装置，其特征在于，所述液态金属油墨由包含0.1￥丨%-1(^丨％氧化物并添加有0.lwt%-10wt%m米光伏半导体颗粒和/或导电性纳米颗粒的液态金属或液态合金制成。
8.根据权利要求6或7所述的透明导电薄膜室温沉积装置，其特征在于，所述液态金属为镓。`
9.根据权利要求6或7所述的透明导电薄膜室温沉积装置，其特征在于，所述液态合金为镓锌合金、镓铟合金、镓锡合金、铟锡合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金、镓铟锡锌铋合金、铜镓铟合金或铝镓铟合金中的一种或多种。
10.根据权利要求1至9任意一项所述装置的透明导电薄膜室温沉积方法，其特征在于，所述导电油墨溅射至基底表面经氧化处理后形成透明导电薄膜。
【文档编号】B41J2/00GK103862860SQ201210536792
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月12日 优先权日:2012年12月12日
【发明者】张琴, 刘静 申请人:中国科学院理化技术研究所