专利名称：金属网格-石墨烯透明电极制作方法及其用于制作触摸屏的方法
技术领域：
本发明涉及电子器件领域，特别是一种透明电极的制作方法及其用于制作触摸屏的方法。
背景技术：
透明导电薄膜材料及器件在军用、航天、工业、民用等诸多光电系统装备上均有广泛应用，目前氧化锡铟(IT0)透明电极因为有较好的光电性质被广泛应用，但是随着现代光电子器件的不断发展和透明电极的大量使用，传统的ITO透明电极暴露出越来越多的问题=(I)ITO的化学性质和热性质不稳定；(2)In是一种稀有金属且有毒；(3)ITO薄膜具有陶瓷性质。所以迫切需要寻找一种高透过率、低电阻、可以在室温下制备的新型电极。为解决传统ITO导电透明电极存在的上述问题，人们相继发展了其它种类的透明导电电极，如金属纳米线薄膜、金属网格、石墨烯薄膜和碳纳米管薄膜等。然而，在这些透明导电电极中都存在导电性和透光率“此消彼长”的问题。石墨烯作为一种半金属材料其特殊的孔隙结构，决定了其具有柔性的特点；石墨烯内部载流子浓度高达1013cm_2，其理论迁移率能达到200000cm2/V s，而且单层石墨烯的透光率达到97.7%，这些独特且优异的性质使得石墨烯成为透明电极材料最有潜力的替代品之一。CVD法生长石墨烯能够将石墨烯转移在任意需要的衬底上，然而目前所能制备的大面积石墨烯是多晶结构，具有较多的缺陷和晶界极大地影响了其光电性能。金属网格结构中金属只占整体结构的一小部分且自由电子多，所以可以在对透过率影响不大的情况下有很高的电导率，然而金属网格结构较细，制作过程中容易出现断线等缺陷，使得其难以得到广泛的应用。
发明内容
本发明的一个目的就是提供一种金属网格-石墨烯透明电极制作方法，它融合了金属网格和石墨烯的优点，制成的透明电极兼顾了导电性和透光率。本发明的该目的是通过这样的技术方案实现的，具体步骤如下:I)确定金属网格-石墨烯透明电极的导电性和透光性，根据导电性和透光性确定金属网格和石墨烯的设计参数；2)根据步骤I)确定的参数，在透明绝缘柔性基底上制作金属网格结构；并利用CVD法生长出石墨烯；3)将石墨烯转移至步骤2)中处理好的附有金属网格的透明绝缘柔性基底上。进一步，步骤I)中确定的金属网格设计参数包括有金属材料的种类、金属线宽、周期、厚度和占空比，其中金属网格周期为500nm IOOOum,金属线宽为50nm 40um,金属厚度为IOOnm 10um，金属占空比为〈20%。进一步,金属材料为Au、Ag、Cu、Al、Ni中的其中一种。
进一步，步骤I)中确定的石墨烯设计参数包括有:石墨烯为掺杂异物的石墨烯或纯净的石墨烯，石墨烯的层数；石墨烯的层数为一层以上，十层以下。进一步，步骤2)中所述透明绝缘柔性基底的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚碳酸酯PC、聚氯乙烯PVC、石英或聚乙烯PE，并满足方块电阻为5 Q /sq 1000 Q /sq,透光率达为80% 97%，弯曲半径<5mm时对方块电阻没有影响。进一步，步骤2)所述金属网格结构的制作方法为:采用磁控溅射法或空镀膜法或电镀法在基底上成膜，利用光刻及刻蚀技术制作金属网格图形，曝光时间为Is 600s,显影时间为IOs 600s。进一步，CVD生长石墨烯的基底材料为铜或镍或钌，生长温度为100 1100°C，碳源为气态碳源或液态碳源或固态碳源，生长时间为I 600min。进一步，所述气态碳源为甲烷、乙烯或乙炔，液态碳源为苯，固态碳源为聚苯乙烯、PMMA0进一步，步骤3)中利用卷对卷的方法将石墨烯转移至附有金属网格的透明绝缘柔性基底上。本发明的另一个目的就是提供一种金属网格-石墨烯透明电极用于制作触摸屏的方法，所制成的触摸屏导电性强，透光率高。本发明的该目的是通过这样的技术方案实现的，具体步骤如下:采用丝网印刷术在金属网格-石墨烯材料的基底上制作触摸屏IC电路及间隔点，并将其封装入需要触摸屏的器件内。由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点:本发明结合石墨烯和金属网格结构材料的优势，通过调节金属网格尺寸可以有效减小石墨烯的缺陷，从而提高金属网格-石墨烯透明电极的光电性能，把石墨烯薄膜转移到金属网格上面可以形成连续的透明导电膜且具有柔性，制备好的金属网格-石墨烯透明电极成本低、无毒环保，具有优异的光电性能和柔性，使其可以替代ITO得到更广泛的应用。本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
本发明的
如下。图1为金属网格-石墨烯的结构示意图；图2为金属网格-石墨烯透明电极的制作流程图；图3为丝印IC电路和隔点的流程图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。一种金属网格 -石墨烯透明电极制作方法，具体步骤如下:
I)确定金属网格-石墨烯透明电极的导电性和透光性，根据导电性和透光性确定金属网格和石墨烯的设计参数；利用有限元算法仿真计算各种结构金属网格-石墨烯透明电极的导电性和透光性，仿真计算可以通过仿真软件实现，仿真软件为Comsol、CST或FDTD，通过改变金属材料元素种类、金属线宽、金属厚度、网格周期和石墨烯层数，得到对应条件下的金属网格石墨烯透明电极性能参数，如图1所示。通过有限次的实验，还可以建立起金属网格-石墨烯透明电极设计参数数据库。2)根据步骤I)确定的参数，在透明绝缘柔性基底上制作金属网格结构；并利用CVD法生长出石墨烯；采用磁控溅射或真空镀膜或电镀方法在基底上成膜，利用光刻、刻蚀技术在透明绝缘基底上制作金属网格结构；采用CVD法生长石墨烯。3)将石墨烯转移至步骤2)中处理好的附有金属网格的透明绝缘柔性基底上。一种金属网格-石墨烯透明电极用于制作触摸屏的方法，利用CAD软件设计间隔点及边框电极图形，采用丝网印刷术在金属网格-石墨烯材料的基底上制作触摸屏IC电路及间隔点，并将其封装入需要触摸屏的器件内。丝网印刷术的具体方法如图3所示。触摸屏通过控制卡和驱动与计算机连接并实现对计算机的控制。透明电极及触摸屏的测试方法:透明电极利用分光光度计测量其光学性能，利用四探针法测量其电阻，得到其方块电阻、透光率等参数。触摸屏面积为IOmm2 IOm2,触摸屏厚度为0.05mm 10臟，触摸屏可为电阻式、电容式或声表面波式触摸屏。实施例1
金属网格的金属材料为Cu，金属线宽为金属网格周期为500um，金属线宽为50nm，金属厚度为IOOnm,金属占空比为19%。采用光刻法制备周期性金属网格,曝光时间为Is,显影时间为10s。透明绝缘柔性基底的材料为PET，方块电阻为5 Q/sq，透光率达为80%，弯曲半径为4_时对方块电阻没有影响。采用CVD法生长大面积石墨烯:在铜箔作为基底及催化剂、气体碳源、保护气存在的条件下，在大管径的管式炉中进行石墨烯的生长。生长温度为100°c，生长lmin，将生长在铜箔上的石墨烯转移到金属网格上形成柔性金属网格-石墨烯透明电极。实施例2金属网格的金属材料为Ag，金属线宽为金属网格周期为lOOOum，金属线宽为40nm,金属厚度为IOnm,金属占空比为10%。采用光刻法制备周期性金属网格,曝光时间为600s，显影时间为600s。透明绝缘柔性基底的材料为PET，方块电阻为1000 Q/sq，透光率达为97%，弯曲半径为Imm时对方块电阻没有影响。采用CVD法生长大面积石墨烯:在铜箔作为基底及催化剂、气体碳源、保护气存在的条件下，在大管径的管式炉中进行石墨烯的生长。生长温度为1100°c，生长60min，将生长在铜箔上的石墨烯转移到金属网格上形成柔性金属网格-石墨烯透明电极。实施例3金属网格的金属材料为Au，金属线宽为金属网格周期为500um，金属线宽为4um，金属厚度为lOOnm，金属占空比为10%。采用光刻法制备周期性金属网格，曝光时间为3min，显影时间为60s。透明绝缘柔性基底的材料为PET，方块电阻为100 Q/sq，透光率达为90%，弯曲半径为4mm时对方块电阻没有影响。
采用CVD法生长大面积石墨烯:在铜箔作为基底及催化剂、气体碳源、保护气存在的条件下，在大管径的管式炉中进行石墨烯的生长。生长温度为500°C，生长20min，将生长在铜箔上的石墨烯转移到金属网格上形成柔性金属网格-石墨烯透明电极。金属网格-石墨烯透明电极的光电性能与制作参数的部分实验结果，如下表所示:
权利要求
1.一种金属网格-石墨烯透明电极制作方法，其特征在于，具体步骤如下: 1)确定金属网格-石墨烯透明电极的导电性和透光性，根据导电性和透光性确定金属网格和石墨烯的设计参数； 2)根据步骤I)确定的参数，在透明绝缘柔性基底上制作金属网格结构；并利用CVD法生长出石墨烯； 3)将石墨烯转移至步骤2)中处理好的附有金属网格的透明绝缘柔性基底上。
2.如权利要求1所述的金属网格-石墨烯透明电极制作方法，其特征在于，步骤I)中确定的金属网格设计参数包括有金属材料的种类、金属线宽、周期、厚度和占空比，其中金属网格周期为500nm IOOOum,金属线宽为50nm 40um,金属厚度为IOOnm IOum,金属占空比为〈20%。
3.如权利要求2所述的金属网格-石墨烯透明电极制作方法，其特征在于:金属材料为Au、Ag、Cu、Al、Ni中的其中一种。
4.如权利要求1所述的金属网格-石墨烯透明电脑制作方法，其特征在于，步骤I)中确定的石墨烯设计参数包括有:石墨烯为掺杂异物的石墨烯或纯净的石墨烯，石墨烯的层数；石墨烯的层数为一层以上，十层以下。
5.如权利要求1所述的金属网格-石墨烯透明电极制作方法，其特征在于，步骤2)中所述透明绝缘柔性基底的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚碳酸酯PC、聚氯乙烯PVC、石英或聚乙烯PE，并满足方块电阻为5 Q /sq 1000 Q /sq，透光率达为80% 97%，弯曲半径<5mm时对方块电阻没有影响。
6.如权利要求1所述的金属网格-石墨烯透明电极制作方法，其特征在于，步骤2)所述金属网格结构的制作方法为:采用磁控溅射法或空镀膜法或电镀法在基底上成膜，利用光刻及刻蚀技术制作金属网格图形，曝光时间为Is 600s,显影时间为IOs 600s。
7.如权利要求1所述的金属网格-石墨烯透明电极制作方法，其特征在于:CVD生长石墨烯的基底材料为铜或镍或钌，生长温度为100 1100°C，碳源为气态碳源或液态碳源或固态碳源，生长时间为I 600min。
8.如权利要求7所述的金属网格-石墨烯透明电极制作方法，其特征在于:所述气态碳源为甲烷、乙烯或乙炔，液态碳源为苯，固态碳源为聚苯乙烯、PMMA。
9.如权利要求1所述的金属网格-石墨烯透明电极制作方法，其特征在于:步骤3)中利用卷对卷的方法将石墨烯转移至附有金属网格的透明绝缘柔性基底上。
10.权利要求1至9任意一项所述透明电极用于制作触摸屏的方法，其特征在于，制作方法为:采用丝网印刷术在金属网格-石墨烯材料的基底上制作触摸屏IC电路及间隔点， 并将其封装入需要触摸屏的器件内。
全文摘要
一种金属网格-石墨烯透明电极制作方法及其用于制作触摸屏的方法，结合了石墨烯和金属网格结构材料的优势，通过调节金属网格尺寸可以有效减小石墨烯的缺陷，从而提高金属网格-石墨烯透明电极的光电性能，把石墨烯薄膜转移到金属网格上面可以形成连续的透明导电膜且具有柔性，制备好的金属网格-石墨烯透明电极和触摸屏无毒环保，具有优异的光电性能和柔性。
文档编号G06F3/041GK103236320SQ20131009460
公开日2013年8月7日 申请日期2013年3月22日 优先权日2013年3月22日
发明者史浩飞, 刘海燕, 李占成, 张为国, 汤林龙, 周秀丽, 杜春雷 申请人:重庆绿色智能技术研究院