基于电场驱动喷射3D打印和电荷诱导自对正的超细、大高宽比透明电极制造方法

The transparent electrode based on the metal silver grid have a very wide range of applications on the fields such as touch screen, OLED, thin film solar cell. However, the low cost batch manufacturing for a large area of an ultra-fine (high transmittance) and high aspect ratio (high conductivity) silver grid is a difficult challenge in academia and industry. In this project, a new method for large area and low cost fabrication of ultra-fine and high aspect ratio silver grid transparent electrodes based on electric-field-driven jet 3D printing and charge-induced autofocusing is proposed. Focusing on the mechanism and theory of electric-field-driven jet 3D printing and charge-induced autofocusing. Based on the previous research results of our group, the following studies will be carried out: to explore the forming mechanism and to establish the theory model for prediction of printing line (line width and aspect ratio) to reveal the effects of printing process parameters, printing materials etc.on the resolution and high aspect ratio of printed graphics. A large area (100mm×100mm) silver grid transparent electrode with line width (below 3μm) and high aspect ratio (above 0.3) was manufactured using the our experimental platform. The goal of this project is to develop a new manufacturing method for large area, ultra-fine and large aspect ratio metal grid transparent electrodes, and explore a new technology of micro scale 3D printing

基于金属银网格的透明电极在触控屏、OLED、薄膜太阳能电池等诸多领域具有非常广泛的应用，然而，如何实现大面积、超细（高透光率）和大高宽比（低方阻，即高导电性）金属银网格的低成本批量化制造是当前学术界和产业界面临的一项挑战性难题。本项目提出一种基于电场驱动喷射3D打印和电荷诱导自对正实现超细和大高宽比银网格透明电极的大面积、低成本制造新方法。重点开展电场驱动喷射3D打印和电荷诱导自对正机理和理论研究，基于课题组前期研究成果，开展以下研究：探索该方法的成形机理，建立打印线型（线宽和高宽比）预测理论模型，揭示打印工艺参数、打印材料等对打印图形分辨率和高宽比的影响及其规律，利用搭建的实验平台，实现线宽（3μm以下）、高宽比（0.3以上）的银网格透明电极大面积（100mm×100mm以上）制造。本项目旨在发展一种大面积、超细和大高宽比金属网格透明电极制造新方法，探索一种微尺度3D打印新工艺。

本项目针对大面积、超细（高透光率）和大高宽比（低方阻，即高导电性）金属银网格的低成本批量化制造这一当前学术界和产业界面临的挑战性难题，提出一种基于电场驱动喷射3D打印和电荷诱导自对正实现超细和大高宽比银网格透明电极的大面积、低成本制造新方法。对电场驱动喷射3D打印和电荷诱导自对正的机理进行了系统研究, 在电场稳定性、射流偏转、电荷特性等方面，与传统电流体动力喷射打印进行比较研究，并建立了电场强度的理论模型，证明了电场驱动喷射3D打印和电荷诱导自对正在克服打印高度限制、克服残余电荷排斥射流等方面的优势。并进一步改进电极结构，发展了基于自激发静电场驱动喷射沉积微纳3D打印技术，提取电极不再与打印材料接触，彻底解决了残余电荷问题。 研究了以上技术在刚性（玻璃）、柔性（PET）、纸等基材上打印单层、多层银网格的工艺参数，并优化了小线宽、大高度的工艺参数窗口。最后，基于以上技术和工艺参数，分别实现了最大面积（150mm×150mm以上）、最小线宽（3.5μm）、最大高宽比（20:1）的银网格透明电极制造，可实现透光率为90%以上（波长550nm条件下），方阻小于2 Ωsq-1的性能。制备的银网格透明电极在透明电加热、透明电磁屏蔽等领域进行了应用展示。为进一步展示电场驱动喷射3D打印和电荷诱导自对正技术的普适性，制备符合细胞特征尺寸（线宽15μm、周期40μm）、陶瓷基电路（最小线宽8μm）、纸基电路（10μm、高宽比6.33），充分证明了技术的可行性。本项目为金属网格透明电极 (透明电极、透明电磁屏蔽)、陶瓷基微电路、生物支架等超细和大高宽比微结构的制造提供了一种微尺度3D打印新工艺。