图形化金属纳米网栅型柔性透明导电电路制作研究

The purpose of the research proposal is to obtain flexible ultra-macro transparent circuit based on pattern-induced technology without etching. The existing technology is limited by printing precision, which is difficult to meet the requirements of high precision flexible electronics. With the combination of pattern-induced nano-filler technology and nanoimprint lithography, novel functional devices can be realized. We will study the mechanism of patter-induced nano-filler technology, especially for the interaction between the metal nanoparticles and nano-patterning substrate. The effects of electric field and the morphology of substrate on the filling characteristics will be investigated. We will fabricate the nanogrids with the line-width of 400-700nm. The design and fabrication technologies of ultra-macro transparent circuit with the optical transparency more than 90% and electrical sheet resistance less than 10ohm/sq will be explored. The investigation will provide useful information for the fabrication of high-performance optical film to be used for flexible transparent electrodes and flexible ultra-thin displays..

本项目旨在研究一种无需刻蚀、基于图形诱导的超微细柔性透明导电电路的制作方法。现有技术受限于印刷精度或者光刻精度，线条分辨率较大，难以满足高精度柔性电子器件的要求。本项目通过纳米压印技术制备图形化纳米结构，在图形化衬底的诱导作用下完成纳米导电材料的组装填充，实现特定功能柔性纳米器件的制作。深入探讨纳米导电材料的填充机制，重点研究填充介质与衬底材料之间相互作用机理；提出利用外加电场调控金属纳米颗粒的聚集过程，研究图形化纳米结构形貌、附加电场参数与金属纳米颗粒填充特征的关系。并在此基础上制作400-700nm的金属纳米线栅结构；建立透光率达90%，方阻小于10欧/方的超微细柔性透明导电电路的设计与制作工艺。为高透光率柔性透明导电电极、超薄柔性显示用光学膜的制作提供研究基础。

高性能柔性透明导电薄膜对未来柔性电子器件的发展至关重要，目前应用最广泛的透明导电电极是氧化铟锡（ITO），但本身的固有缺陷（红外透射率低、易脆、铟储量有限、生产成本高）限制了其在柔性电子领域的应用。本项目提出柔性金属基透明电极制备的新方案，以实现任意基底上、可人工设计的透明导电电极，其透光特性和导电特性可根据实际应用需求进行设计和调整。本项目采用激光直写技术、选择性电沉积技术及填充技术制作埋入式金属线栅型透明导电电极，电极的透光率可达80%-90%，方阻仅为0.03-10欧/方。并系统研究了衬底材料特性、网络沟槽形貌及导电墨水参数对网络沟槽填充效果的影响，阐明了施加电场参数对金属层沉积厚度调控的机理，明晰了柔性透明导电电极的光电特性对线栅排布方式、线栅层成型方式及厚度的依赖关系。此外，本项目制备的金属线栅结构埋入在紫外固化胶层中，使透明导电电极具有优异的机械性能。即使弯折半径达 0.5mm，方阻基本保持不变，表面形貌也未遭到破坏。以本项目制备的透明电极为基础，构建了液晶调光器件、透明加热元件、透明屏蔽薄膜及柔性透明储能器件。得益于埋入式金属线栅型电极优异的透光及导电性能，制备的柔性光电子器件均展现出优异的光电性能以及机械稳定性，这为未来柔性光电子器件的构建，提供了简洁可行的途经。