Detta protokoll beskriver en lösningsbaserad tillverkningsstrategi för högpresterande, flexibla, transparenta elektroder med fullt inbäddad tjock metallnät. Flexibla transparenta elektroder som tillverkas med detta förfarande visar bland de högst rapporterade prestanda, inklusive resistens mot extremt lågt ark, hög optisk transmittans, mekanisk stabilitet under böjning, starkt substratvidhäftning, ythaltighet och miljöstabilitet.
Här rapporterar författarna den inbäddade metallnätets transparenta elektroden (EMTE), en ny transparent elektrod (TE) med ett metallnät helt inbäddat i en polymerfilm. Detta papper presenterar också en billig, vakuumfri tillverkningsmetod för denna nya TE; Tillvägagångssättet kombinerar litografi, elektroplätering och trycköverföring (LEIT) -behandling. EMTE: s inbyggda karaktär erbjuder många fördelar, till exempel hög ythaltighet, vilket är avgörande för organisk produktion av elektronisk utrustning. Överlägsen mekanisk stabilitet under böjning; Gynnsamt motstånd mot kemikalier och fukt Och stark vidhäftning med plastfilm. LEIT-tillverkning har en elektropläteringsprocess för dammfri metallavsättning och är gynnsam för industriell massproduktion. Vidare tillåter LEIT tillverkningen av metallnät med ett högt bildförhållande ( dvs tjocklek till linjebredden), vilket väsentligt förbättrar sin elektriska konduktans utan att negativt förlora optisk transmittance. Vi demonstrerar flera prototyper av flexibla EMTE, med arkresistans lägre än 1 Ω / kvadrat och överföringar över 90%, vilket resulterar i mycket höga meriter (FoM) – upp till 1,5 x 10 4 – som är bland de bästa värdena i Publicerad litteratur.
I hela världen utförs studier för att leta efter ersättningar för styva transparenta ledande oxider (TCO), såsom indiumtennoxid och fluordopad tennoxid (FTO) fi lms, för att tillverka flexibla / töjbara TE som ska användas i framtida flexibla / Töjbara optoelektroniska anordningar 1 . Detta kräver nya material med nya tillverkningsmetoder.
Nanomaterial, såsom grafen 2 , ledande polymerer 3 , 4 , kolnanorör 5 och slumpmässiga nätverksnätverk 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , har studerats och har visat deras förmåga i flexibla TE, tack vare bristerna i Befintliga TCO-baserade TE, Inklusive fiam-sårbarhet 12 , låg infraröd transmittans 13 och låg överflöd 14 . Även med denna potential är det fortfarande utmanande att uppnå hög elektrisk och optisk konduktans utan försämring under kontinuerlig böjning.
I denna ram utvecklas vanliga metallnät 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20 som en lovande kandidat och har åstadkommit anmärkningsvärt hög optisk transparens och lågt arkmotstånd, som kan avstämas vid behov. Den omfattande användningen av metallbaserade TE har dock hindrats på grund av många utmaningar. För det första innebär tillverkning ofta den dyra, vakuumbaserade avsättningen av metaller 16 , 17 , </sup> 18 , 21 . För det andra kan tjockleken lätt leda till elektrisk kortslutning 22 , 23 , 24 , 25 i tunnfilm organiska optoelektroniska anordningar. För det tredje ger den svaga vidhäftningen med substratytan en dålig flexibilitet 26 , 27 . Ovannämnda begränsningar har skapat en efterfrågan på nya metallbaserade TE-strukturer och skalbara tillvägagångssätt för deras tillverkning.
I denna studie rapporterar vi en ny struktur av flexibla TEs som innehåller ett metallnät helt inbäddat i en polymerfilm. Vi beskriver också ett innovativt, lösningsbaserat och billigt tillverkningsförfarande som kombinerar litografi, elektrodeposition och trycköverföring. FoM-värden så höga som 15k har uppnåtts på prov EMTE. På grund av den inbäddade naturen avEMTEs, anmärkningsvärd kemisk, mekanisk och miljöstabilitet observerades. Vidare kan den lösningsbehandlade tillverkningstekniken som upprättats i detta arbete potentiellt användas för lågpris och högproduktion av de föreslagna EMTE. Denna tillverkningsteknik är skalbar till finare metallnätlinjebredder, större ytor och en rad metaller.
Vår tillverkningsmetod kan modifieras ytterligare för att möjliggöra skalbarhet av särdragsstorleken och områdena i provet och användningen av olika material. Den framgångsrika tillverkningen av sub-mikrometerlinjebredd ( Figur 3a-3c ) koppar EMTE med EBL visar att EMTE-strukturen och nyckelstegen i LEIT-tillverkning, inklusive elektroplätering och trycköverföring, kan minskas tillförlitligt till ett sub-mikrometerområde. På liknande sätt kan andra processer för storomr?…
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete stöddes delvis av generaldirektoratet för forskningsbidragsrådet i Hongkongs särskilda administrativa region (pris nr 17246116), ungdomsprogrammet från National Natural Science Foundation of China (61306123), Basic Research Program- Allmän Program från Vetenskap och Teknik Innovation Commission of Shenzhen Kommun (JCYJ20140903112959959), och Key Research and Development Program från Zhejiang Provincial Institutionen för vetenskap och teknik (2017C01058). Författarna vill tacka Y.-T. Huang och SP Feng för deras hjälp med de optiska mätningarna.
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 |