Estratégia de fabricação processada e escalável para eletrodos flexíveis e transparentes de alto desempenho com malha metálica embutida
Summary
Este protocolo descreve uma estratégia de fabricação baseada em solução para eletrodos transparentes flexíveis de alto desempenho com malha metálica totalmente embutida e espessa. Os eletrodos transparentes flexíveis fabricados por este processo demonstram entre os mais altos desempenhos relatados, incluindo resistência à chapa ultra-baixa, alta transmitância óptica, estabilidade mecânica sob flexão, forte aderência ao substrato, suavidade da superfície e estabilidade ambiental.
Abstract
Aqui, os autores relatam o eletrodo transparente de malha de metal embutido (EMTE), um novo eletrodo transparente (TE) com uma malha metálica totalmente embutida em uma película de polímero. Este artigo também apresenta um método de fabricação baixo custo, sem vácuo para este TE novo; O enfoque combina o processamento de litografia, galvanoplastia e transferência de impressão (LEIT). A natureza incorporada dos EMTEs oferece muitas vantagens, como a alta suavidade da superfície, que é essencial para a produção de dispositivos eletrônicos orgânicos; Estabilidade mecânica superior durante a flexão; Resistência favorável a produtos químicos e humidade; E forte adesão com filme plástico. A fabricação de LEIT possui um processo de galvanoplastia para deposição metálica sem vácuo e é favorável para a produção em massa industrial. Além disso, o LEIT permite o fabrico de malhas metálicas com uma relação de aspecto elevada ( isto é, a espessura para a largura de linha), aumentando significativamente a sua condutância elétrica sem perda negativa deInquérito. Demonstramos vários protótipos de EMTE flexíveis, com resistências de chapa inferiores a 1 Ω / sq e transmissões superiores a 90%, resultando em figuras de mérito (FoM) muito altas – até 1,5 x 10 4 – que estão entre os melhores valores no Literatura publicada.
Introduction
Em todo o mundo, estão sendo realizados estudos para buscar substituições de óxidos condutores rígidos transparentes (TCOs), como óxidos de india e óleos de óxido de estanho dopados com flúor (FTO), a fim de fabricar TEs flexíveis / esticáveis para serem usados no futuro flexível / Dispositivos optoeletrônicos esticáveis 1 . Isso requer novos materiais com novos métodos de fabricação.
Os nanomateriais, como o grafeno 2 , os polímeros condutores 3 , 4 , os nanotubos de carbono 5 e as redes aleatórias de nanofios metálicos 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , foram estudados e demonstraram suas capacidades em TEs flexíveis, abordando as deficiências de TE existentes TCO-based, Incluindo fragilidade de filme 12 , transmitância de infravermelho baixo 13 e baixa abundância 14 . Mesmo com esse potencial, ainda é desafiador atingir alta condutividade elétrica e óptica sem deterioração sob flexão contínua.
Nessa estrutura, as malhas metálicas regulares 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20 estão evoluindo como um candidato promissor e conseguiram uma transparência óptica notavelmente alta e baixa resistência da folha, que pode ser ajustável sob demanda. No entanto, o uso extensivo de TEs baseados em malha de metal foi dificultado devido a inúmeros desafios. Em primeiro lugar, a fabricação envolve frequentemente a deposição dispendiosa de metais 16 , 17 , baseada no vácuo , </sup> 18 , 21 . Em segundo lugar, a espessura pode facilmente provocar circuitos elétricos de curto-circuito 22 , 23 , 24 , 25 em dispositivos optoeletrônicos orgânicos de película fina. Em terceiro lugar, a adesão fraca com a superfície do substrato resulta em baixa flexibilidade 26 , 27 . As limitações acima mencionadas criaram uma demanda por novas estruturas TE baseadas em malha de metal e abordagens escaláveis para sua fabricação.
Neste estudo, relatamos uma nova estrutura de TEs flexíveis que contém uma malha metálica completamente incorporada em um filme de polímero. Descrevemos também uma abordagem de fabricação inovadora, baseada em soluções e de baixo custo que combina litografia, eletrodeposição e transferência de impressão. FoM valores até 15k foram alcançados EMTE EMTEs. Devido à natureza incorporada deForam observadas EMTEs, notável estabilidade química, mecânica e ambiental. Além disso, a técnica de fabricação processada por solução estabelecida neste trabalho pode ser potencialmente utilizada para a produção de baixo custo e alto rendimento dos EMTEs propostos. Esta técnica de fabricação é escalável para linhas de linha de malha metálica mais finas, áreas maiores e uma variedade de metais.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nosso método de fabricação pode ser modificado adicionalmente para permitir a escalabilidade dos tamanhos de recursos e áreas da amostra e para o uso de vários materiais. A fabricação bem sucedida de EMTEs de cobre sub-micrómetro-largura de linha ( Figura 3a-3c ) usando EBL prova que a estrutura EMTE e as etapas-chave na fabricação LEIT, incluindo galvanoplastia e transferência de impressão, podem ser ajustadas de forma confiável para uma faixa de submicrometria. Da mesma f…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi parcialmente apoiado pelo Fundo Geral de Pesquisa do Conselho de Subvenções de Pesquisa da Região Administrativa Especial de Hong Kong (Prêmio No. 17246116), o Programa de Jovens Estudantes da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (61306123), o Programa de Pesquisa Básica – Programa Geral da Comissão de Inovação de Ciência e Tecnologia do Município de Shenzhen (JCYJ20140903112959959) e do Programa-chave de Pesquisa e Desenvolvimento do Departamento Provincial de Ciência e Tecnologia de Zhejiang (2017C01058). Os autores agradecem a Y.-T. Huang e SP Feng pela ajuda deles com as medições ópticas.
Materials
| Acetone | Sigma-Aldrich | W332615 | Highly flammable |
| Isopropanol | Sigma-Aldrich | 190764 | Highly flammable |
| FTO Glass Substrates | South China Xiang S&T, China | ||
| Photoresist | Clariant, Switzerland | 54611L11 | AZ 1500 Positive tone resist (20cP) |
| UV Mask Aligner | Chinese Academy of Sciences, China | URE-2000/35 | |
| Photoresist Developer | Clariant, Switzerland | 184411 | AZ 300 MIF Developer |
| Cu, Ag, Au, Ni, and Zn Electroplating solutions | Caswell, USA | Ready to use solutions (PLUG N' PLATE) | |
| Keithley 2400 SourceMeter | Keithley, USA | 41J2103 | |
| COC Plastic Films | TOPAS, Germany | F13-19-1 | Grade 8007 (Glass transition temperature: 78 °C) |
| Hydraulic Press | Specac Ltd., UK | GS15011 | With low tonnage kit ( 0-1 ton guage) |
| Temperature Controller | Specac Ltd., UK | GS15515 | Water cooled heated platens and controller |
| Chiller | Grant Instruments, UK | T100-ST5 | |
| Polymethyl Methacrylate (PMMA) | Sigma-Aldrich | 200336 | |
| Anisole | Sigma-Aldrich | 96109 | Highly flammable |
| EBL Setup | Philips, Netherlands | FEI XL30 | Scanning electron microscope equipped with a JC Nabity pattern generator |
| Isopropyl Ketone | Sigma-Aldrich | 108-10-1 | |
| Silver Paste | Ted Pella, Inc, USA | 16031 | |
| UV–Vis Spectrometer | Perkin Elmer, USA | L950 |
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