纳米转印方法及纳米功能器件的制作方法_2

文档序号:9617043阅读:来源:国知局

【具体实施方式】
[0036]下面将对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0037]本发明提出一种基于卷对平转印模式的纳米转印方法,可在在同一基板上转印不同材质的纳米电极或功能区,或者在同一基板相同区域转印多层复合结构的纳米电极。其利用金属基底的电极作为转移模具,通过电沉积工艺,在转印模具的电极上形成纳米厚度和纳米分辨率的转印材料层,将模具上纳米级材料层转移到相应柔性基板表面。从而实现纳米结构电极或纳米厚度的功能区的转印。上述工艺步骤可以重复多次,以实现不同图形结构和材料特性的功能层的转印。
[0038]如图1-6所示,本发明的纳米转印方法包括如下步骤:
[0039]S1.在柔性金属基板1上涂布光刻胶2。
[0040]其中,所述光刻胶为正性光刻胶,且所述柔性金属基板可以但不限于不锈钢(殷钢)或镍薄板。所述柔性金属基板还可以是PET、PI和PEN等薄膜经过金属化处理后的导电层等。
[0041]S2.对所述涂布光刻胶的柔性金属基板1进行光刻,在柔性金属基板表面形成沟槽图形3,显影并露出光刻胶底部的柔性金属基板1。
[0042]其中,沟槽的尺寸、以及排列的图形可根据器件功能的需要进行设定。
[0043]S3.将经过步骤S2处理的柔性金属基板放入第一电铸槽5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4,对所述金属电极层4表面进行钝化处理。
[0044]配合参照图2所示,步骤S3中,在所述第一电铸槽5的阳极上放置所需金属材料,通电后,金属离子在阴极的所述沟槽中沉积生长出100纳米-10微米的金属电极层,该数值取决于对电极图形的线宽要求。该金属电极层的高度略高于柔性金属基板上沟槽的深度,从而,该金属电极层与柔性金属基板形成“凸”形结构,金属电极层与柔性金属基板形成转印时的模具。
[0045]此外,在沉积生长纳米级材料层之前,对所述金属电极层表面进行钝化处理,有利于减少电极表面活性,当纳米级材料层到模具金属电极层表面后,其附着力变小,有利于后继纳米级材料层向被转印的柔性基板表面的完整转移。
[0046]S4.将经过步骤S3处理的柔性金属基板放入第二电铸槽6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7。
[0047]所述步骤S4中,在所述第二电铸槽6的阳极上或电铸槽内放置所需电铸材料,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?数微米的纳米级材料层。由于柔性金属基板的其他区域被光刻胶所覆盖,不会有电铸材料沉积,纳米级材料层选择性生长在金属电极层的顶面。
[0048]进一步地,所述电铸材料可以选自金属、半导体、碳纳米管、石墨烯中的一种或者几种的混合。所述金属可以是金、银、铜、镍等。所述半导体材料可以是有机发光材料等。所述阳极与阴极的距离范围为2mm?200mm,具体的距离根据模具的面积和材料特性进行调整。
[0049]S5.将经步骤S4处理的柔性金属基板包覆于辊筒8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,在相应基板9上转印纳米材料层。
[0050]其中,被转印的基板在转印时,可根据基板材料特性先进行适当加热,使其处于合适的温度下,便于纳米材料层的完全转移。
[0051]配合参照图7、图8所示,此外,为了在被转印的基板转印多层不同特性的纳米级材料层,本发明的纳米转印方法还包括:
[0052]S6.更换第二电铸槽中的电铸材料,重复步骤S4和S5,得到多层复合电极器件。
[0053]通过步骤S6,可在同一被转印的基板的不同区域多次进行纳米转印,或在被转印的基板的同一区域转印不同特性纳米材质,形成多层复合电极器件。此外,通过控制第二电铸槽中的电铸材料,可以使用镶嵌性图形电极组,制备具有镶嵌结构的电极和功能区,其中,活性材料层10位于纳米级材料层7之间。
[0054]基于上述纳米转印方法,本发明还提供一种纳米功能器件,其包括基板、以及设置于所述基板上的纳米材料层。其中,所述纳米材料层可以分布于基板的同一区域或不同区域,每一区域的纳米材料层可以为一层或多层,当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。多层纳米材料层可以相同或不同。
[0055]进一步地,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。
[0056]下面针对不同的纳米功能器件,结合具体的实施例对本发明的纳米转印方法进行举例说明。
[0057]实施例1.透明导电膜的制备
[0058]在光滑金属基板上涂布光刻胶,通过光刻工艺制备线宽1微米-5微米、深度为1.5微米-10微米的网格型沟槽,显影并露出金属基板。
[0059]将金属基板置于第一电铸槽中,在阳极放置金属镍,通电后,在沟槽底部的导电部分生长出金属图形电极,其高度略大于沟槽深度。无电极部分的比例达97%以上。
[0060]钝化处理后,在第二电铸槽中,将上述金属基板放置于阴极,阳极放置镍或者铜合金或两者混合。通电后,提拉金属基板,在图形电极的顶部沉积出数十纳米厚度的纳米材质层。
[0061]通过卷对平的转印模式,在另一柔性塑性基板上转印,形成纳米材质层的纳米图形。
[0062]本实施例中,纳米材质层特征线宽1-5微米,导电层厚度约20nm-100nm。沉积型金属网格,其表面方阻〈1欧/方。同时,转印时,在基板上形成纳米合金层网格电路,控制镍与铜的混合比和沉积厚度,使得金属网格的反射率降低。如此可制备低反射、低方阻的透明导电电极。如基板采用光学PET薄膜,则形成高透明导电薄膜。
[0063]实施例2.锂电池复合电极的制备
[0064]在金属基板涂布光刻胶,通过紫外光刻工艺或者电子束光刻工艺制备线宽100nm_3um、深度为200nm_lum的沟槽,显影并露出金属基板。
[0065]将金属基板置于第一电铸槽中,通电后,在沟槽底部的金属导电部分生长出金属图形电极,其高度略大于沟槽深度。其中,电极与非电极比例5% -95%。
[0066]钝化处理后,在第二电铸槽中,将上述金属基板放置于阴极。通电后,提拉金属基板,在图形电极的顶部沉积出数十纳米厚度的CNT或者石墨烯。
[0067]通过卷对平的转印模式,在另一柔性塑性基板上转印,形成纳米CNT或者石墨烯层。然后,再对金属电极钝化处理,在第二电铸槽中,将金属基板放置于阴极,阳极放置活性材料与合金。通电后,提拉模具,在电极的顶部沉积出数十纳米厚度活性层。
[0068]将上述带有活性材料层的金属基板在CNT或者石墨烯层表面上形成活性层。重复上述步骤,制备出多层复合纳米电极,纳米层厚度均可精密控制。该电极可用作快速充电的锂电池复合电极。
[0069]实施例3.柔性显示电极的制备
[0070]在金属基板涂布光刻胶,通过光刻工艺制备设计电路2-5um,光刻后的沟槽深度为5um的沟槽,内外电路同时制
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