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 , 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.
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Protocol
CUIDADO: Preste atenção à segurança do feixe de elétrons. Use os óculos e roupas de proteção corretos. Além disso, manipule todos os solventes e soluções inflamáveis com cuidado.
1. Fabricação baseada em fotolitografia da EMTE
- Fotolitografia para fabricar o padrão de malha.
- Limpe os substratos de vidro FTO (3 cm x 3 cm) com detergente líquido com cotonete de algodão. Lave-os cuidadosamente com água desionizada (DI) usando um cotonete de algodão limpo. Além disso, limpe-os usando ultra-sonicação (freqüência = 40 kHz, temperatura = 25 ° C) em álcool isopropílico (IPA) por 30 s antes de secá-los com ar comprimido.
CUIDADO: Manuseie com cuidado o ar comprimido. - Spincoat 100 μL da fotorresistência no vidro FTO limpo por 60 s a 4.000 rpm (aproximadamente 350 xg para amostras com um raio de 2 cm) para obter um filme uniforme de 1,8 μm de espessura.
- Asse o filme fotossensível em uma placa quente por 50 s no100 ° C.
- Exponha o filme fotorresistente através de uma fotomátema com um padrão de malha (largura de linha de 3 μm, passo de 50 μm) usando um alinhador de máscara UV para uma dose de 20 mJ / cm 2 .
- Desenvolva o fotorresistente imergindo a amostra na solução de revelador por 50 s.
- Enxaguar a amostra em água DI e secá-la com ar comprimido.
CUIDADO: Manuseie com cuidado o ar comprimido.
- Limpe os substratos de vidro FTO (3 cm x 3 cm) com detergente líquido com cotonete de algodão. Lave-os cuidadosamente com água desionizada (DI) usando um cotonete de algodão limpo. Além disso, limpe-os usando ultra-sonicação (freqüência = 40 kHz, temperatura = 25 ° C) em álcool isopropílico (IPA) por 30 s antes de secá-los com ar comprimido.
- Electrodeposição de metais.
- Despeje 100 ml de solução de revestimento aquoso de cobre em um copo de 250 mL.
NOTA: Outras soluções de revestimento aquoso ( por exemplo, prata, ouro, níquel e zinco) podem ser utilizadas para a fabricação de EMTEs com os respectivos metais.
CUIDADO: Preste atenção à segurança química. - Conecte o vidro FTO coberto por fotorresistência ao terminal negativo da configuração de eletrodeposição de dois eletrodos e mergulhe na solução de revestimento como eletrodo de trabalho.
- Conecte a barra de metal de cobrePara o terminal positivo da configuração de eletrodeposição de dois eletrodos como o contra-eletrodo.
- Forneça uma corrente constante de 5 mA (densidade de corrente: ~ 3 mA / cm 2 ) usando um instrumento de abastecimento e medição de tensão / corrente ( por exemplo, Sourcemeter) durante 15 minutos para depositar o metal em uma espessura de aproximadamente 1,5 μm.
- Enxaguar completamente a amostra de vidro FTO revestida com fotorresistência com água DI e secá-la com ar comprimido.
CUIDADO: Manuseie com cuidado o ar comprimido. - Coloque a amostra de vidro FTO revestida com fotorresistência em acetona por 5 minutos para dissolver a película de fotorresistência, com a malha de metal nua sobre o vidro FTO.
- Despeje 100 ml de solução de revestimento aquoso de cobre em um copo de 250 mL.
- Transferência de impressão térmica da malha metálica para o substrato flexível.
- Coloque a amostra de vidro FTO coberta com malha metálica nos pratos aquecidos eletricamente da impressora térmica e coloque um filme de copolímero de olefinas cíclicas flexíveis (COC) de 100 μm de espessura em cima da amostra, de frente paraO lado da malha metálica.
- Aqueça as placas da prensa aquecida a 100 ° C.
- Aplique 15 MPa de pressão de impressão e segure-o por 5 min.
CUIDADO: Preste atenção à segurança ao usar a prensa aquecida.
NOTA: A transferência de impressão pode ser feita com uma pressão menor; O valor de pressão (15 MPa) relatado aqui é relativamente alto. Esta alta pressão foi utilizada para garantir que a malha metálica estava completamente embutida no filme COC. - Arrefecer os pratos aquecidos até a temperatura de desmoldagem de 40 ° C.
- Solte a pressão de impressão.
- Retire o filme COC do vidro FTO, com a malha metálica totalmente incorporada no filme COC.
2. Fabricação de EMTE Sub-micron
- Fabricação de EMTEs submicrométricos usando litografia de feixe de elétrons (EBL).
- Spincoat 100 μL de solução de metacrilato de polimetilo (PMMA) (15k MW, 4% em peso em anisole) no vidro FTO limpo para 60 saT 2.500 rpm (aproximadamente 140 xg para amostras com um raio de 2 cm) para atingir um filme uniforme de 150 nm de espessura.
- Asse o filme PMMA numa placa quente durante 30 min a 170 ° C.
- Ligue o sistema EBL e crie o padrão de malha (largura de linha de 400 nm, passo de 5 μm) usando um gerador de padrões 29 .
- Coloque a amostra em um microscópio eletrônico de varredura conectado ao gerador de padrões e execute o processo de escrita 29 .
- Desenvolver a resistência durante 60 s em uma solução mista de metil isopropil cetona e isopropanol a uma proporção de 1: 3.
- Enxaguar a amostra com água DI e secá-la com ar comprimido.
CUIDADO: Manuseie com cuidado o ar comprimido. - Coloque 100 mL da solução de revestimento aquoso de cobre em um copo de tamanho médio.
NOTA: Outras soluções de revestimento aquoso ( p . Ex., Soluções de prata, ouro, níquel e zincamento) devem ser utilizadas para a fabricação de EMTEs com os respectivos metais. </ Li> - Conecte o vidro FTO revestido com PMMA ao terminal negativo da configuração de eletrodeposição de dois eletrodos, mergulhe-o na solução de revestimento como eletrodo de trabalho e conecte a barra de metal de cobre ao terminal positivo para completar o circuito.
NOTA: Outras barras de metais ( isto é, prata, ouro, níquel e zinco) devem ser usadas para as respectivas eletrodeposições metálicas. - Aplique uma corrente adequada, correspondente a uma densidade de corrente de aproximadamente 3 mA / cm 2 , na região do padrão de malha durante 2 min para depositar metal em uma espessura de aproximadamente 200 nm (a espessura real deve ser determinada por SEM ou AFM).
- Lavar cuidadosamente a amostra com água DI e colocá-la em acetona por 5 minutos para dissolver o filme PMMA.
- Coloque a amostra de vidro FTO coberta com malha metálica nos pratos aquecidos eletricamente da impressora térmica e coloque uma película de COC (100 μm de espessura) na parte superior da amostra.
- Aqueça as placas a 100 ° C, aplique um 15Pressão de impressão MPa, e segure-a por 5 min.
- Arrefecer os pratos aquecidos para a temperatura de desmoldagem de 40 ° C e liberar a pressão de impressão.
- Retire o filme de COC do vidro FTO, juntamente com a malha metálica de micrométrica totalmente embutida no filme COC.
3. Medição do desempenho dos EMTEs
- Medição da resistência da folha.
- Espalhe pasta de prata em duas arestas opostas da amostra quadrada e aguarde até que seque.
- Coloque cuidadosamente as quatro sondas do dispositivo de medição de resistência nas almofadas de prata, seguindo as instruções do equipamento.
- Mude para o modo de medição de resistência da fonte de energia / instrumento de medição e grave o valor no visor.
- Medição de transmissão óptica.
- Ative a configuração de medição UV-Vis e calibre o espectrômetro ( ou seja, correlate as informações de leituraHa amostra padrão para verificar a precisão do instrumento).
- Coloque a amostra EMTE no suporte da amostra do espectrômetro e alinhe adequadamente a direção óptica.
- Ajuste o espectrômetro para 100% de transmitância.
NOTA: Todos os valores de transmitância apresentados aqui são normalizados para a transmitância absoluta através do substrato de filme COC desencapado. - Meça a transmitância da amostra.
- Salve a medição e o fim da instalação.
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Representative Results
A Figura 1 exibe o diagrama esquemático e de fabricação das amostras EMTE. Conforme apresentado na Figura 1a , o EMTE consiste em uma malha metálica totalmente incorporada em uma película de polímero. A face superior da malha está no mesmo nível que o substrato, exibindo uma plataforma geralmente lisa para a produção posterior do dispositivo. A técnica de fabricação é explicada esquematicamente na Figura 1b - e . Depois de girar uma película fotossensível sobre um substrato de vidro FTO, a fotolitografia é usada para criar o padrão de malha na fotorresistência por exposição e desenvolvimento UV ( Figura 1b ), revelando a superfície condutora do vidro na trincheira. No passo seguinte, o respectivo metal é cultivado dentro das trincheiras por electrodeposição, que enche as trincheiras para formar uma malha metálica regular ( Figura 1c Figura 1d ). Em seguida, uma película de polímero é posicionada na amostra e aquecida a uma temperatura superior à sua temperatura de transição em vidro. A malha de metal é empurrada para a película de polímero amolecida através da aplicação de uma pressão uniforme ( Figura 1e ). Finalmente, por arrefecimento da pilha à temperatura ambiente e descamação da película de polímero a partir do vidro condutor, a malha metálica é transferida para a película plástica em forma totalmente embutida ( Figura 1f ). Todo o processo de fabricação é baseado em solução e é implementado em uma atmosfera ambiente; Portanto, pode ser facilmente adaptado para produção em massa.
A Figura 2 apresenta microscopia de força atômica (AFM) e microscopia eletrônica de varredura (SEM) imaGentileza da morfologia da EMTE em diferentes etapas de fabricação do processo LEIT. A Figura 2a apresenta as imagens de trincheiras no filme fotorresistente feito por fotolitografia. Nesta amostra específica, a largura da trincheira fotorresistente é de cerca de 4 μm, enquanto a profundidade é de quase 2 μm. A Figura 2b mostra a malha de cobre galvanizada no vidro FTO. Como aparente dos resultados, a malha de cobre tem uma espessura e uma largura de linha de cerca de 1,8 e 4 μm, respectivamente. A Figura 2c mostra a malha de cobre transferida em um filme COC 28 . As imagens AFM confirmam que a rugosidade da superfície do EMTE realizado (1,8 μm de espessura) é inferior a 50 nm, confirmando sua configuração embutida. O método LEIT pode ser estudado adicionalmente, variando o tempo de electrodeposição para produzir EMTE de cobre de espessuras diferentes. A correlação da espessura do metal e do tempo de eletrodeposição é preseNa Figura 2d . A curva mostrada na Figura 2d revela que a espessura do metal muda de forma não linear com um aumento no tempo de eletrodeposição. Isto é devido à seção transversal não rectangular da trincheira fotorresistente ( Figura 2a ), que tem um fundo mais estreito, mas um topo mais largo. Assim, durante a eletrodeposição (corrente constante), a taxa de crescimento da espessura do metal diminui com o tempo. Assim, a malha tem uma largura maior na parte superior, o que é vantajoso para a transferência de impressão, pois pode ser mecanicamente ancorado na película plástica.
A Figura 3a -c demonstra a caracterização estrutural da fabricação EMTE padronizada em EBL em várias etapas do processo LEIT para validar sua escalabilidade dimensional. A Figura 3a mostra as imagens AFM e SEM do tremChes made in PMMA film via EBL. A profundidade e largura da trincheira são em torno de 150 e 400 nm, respectivamente. A Figura 3b mostra a malha de cobre galvanizada no vidro FTO e a Figura 3c apresenta a malha de cobre transferida por impressão em uma película de COC. A malha de metal no substrato de COC está completamente embutida, oferecendo forte aderência e estabilidade ao substrato de plástico.
A Figura 4a mostra a transmitância de EMTE de cobre de 600 nm, 1 μm e 2 μm de espessura na faixa de comprimento de onda de 300-850 nm. Quando a espessura da malha metálica aumentou de 600 nm para 2 μm, apenas uma redução mínima na transmitância foi detectada, e esta queda é atribuída ao perfil não-retangular da trincheira na fotorresistência e à sobreposição de metal. Por outro lado, a resistência da folha de EMTE pode diminuir significativamente quando a espessura do metalÉ aumentado, conforme demonstrado na Figura 4b . Uma resistência de folha excepcionalmente baixa de 0,07 Ω / sq foi registrada para o EMTE de cobre com uma espessura de 2 μm, com a transmitância óptica ainda superior a 70%.
A Figura 4b exibe a relação entre condutância elétrica e condutância óptica (σ dc / σ opt ), um FoM comumente usado para comparar o desempenho de TEs. Os valores de FoM mostrados na Figura 4b foram calculados para vários EMTEs criados neste trabalho aplicando a seguinte expressão comumente usada 4 , 7 , 17 , 18 : 
Onde R s é a resistência da folha e T é a transmitância óptica em uma onda de 550 nmcomprimento. A inserção da Figura 4b mostra a relação entre o FoM e a espessura do metal. A trama dada mostra que a espessura do metal tem uma influência significativa sobre a resistência da folha e, portanto, sobre o valor da FoM, aumentando a condutividade de uma malha metálica mais espessa sem perder significativamente a transmitância. O prototipo de EMTEs atingiu valores de FoM superiores a 1,5 x 10 4 , que estão entre os melhores valores relatados na literatura.
A Figura 5a demonstra a resistência da folha e os espectros UV-Vis de um EMTE de cobre altamente transparente em filme COC (5 x 5 cm 2 ) com um passo, largura de linha e espessura de 150, 4 e 1 μm, respectivamente, exibindo a escalabilidade de O tamanho total da nossa estrutura EMTE e estratégia de fabricação LEIT. Devido ao passo relativamente grande, a amostra exibe maior transmitância óptica (94%) enquanto mObtendo uma menor resistência da folha (0,93 Ω / sq). Da mesma forma, vários arranjos de resistência de folha e transmitância óptica podem ser alcançados para diferentes dispositivos ajustando as características geométricas da chave do EMTE.
A Figura 5b mostra a resistência da folha e o espectro de transmitância óptica de EMTEs de vários metais, incluindo prata, ouro, níquel e zinco, para demonstrar a versatilidade da escolha do material com o nosso EMTE. Os espectros de transmitância são quase planos e sem características em toda a faixa visível, o que é benéfico para dispositivos de exibição e aplicações de células solares. Os EMTEs baseados em zinco, prata e niquel têm espessuras metálicas comparáveis, de modo que todas as amostras possuem transmissões aproximadamente semelhantes (quase 78%), enquanto as resistências da folha são 1,02, 0,52 e 1,40 Ω / sq, respectivamente. Devido às diferentes espessuras metálicas, os EMTEs baseados em ouro e cobre (quase 2 μm e 600 nm, respectivamente) têm resistências de folha de 0,20 e 0,70 Ω / sq e transmissões de 72% e 82%, respectivamente. A produção bem sucedida desses EMTEs confirmou a versatilidade do material, portanto, satisfazendo diversos requisitos para compatibilidade química e função de trabalho do condutor em vários dispositivos.
As Figuras 6a e B apresentam a flexibilidade superior de nossos EMTEs correlacionando a resistência da folha com os ciclos de flexão para cargas compressivas e de tração em raios de 3, 4 e 5 mm. Os resultados mostrados na Figura 6a demonstram que, para flexão compressiva com raios de 4 e 5 mm, nenhuma variação óbvia na resistência da folha (0,07 Ω / sq) ocorre para 1.000 curvaturas. Além disso, a variação na resistência da folha está dentro de 100% do seu valor inicial (de 0,07 Ω / sq a 0,13 Ω / sq) para o raio de curvatura de 3 mm. Da mesma forma, para a tração bAs variações na resistência da folha contra os ciclos de flexão são mostradas na Figura 6b , indicando que, para 1.000 ciclos de raios de 3, 4 e 5 mm, as resistências da folha mudaram em quase 350%, 150% e 30%, respectivamente. A Figura 6c ilustra a estabilidade ambiental dos EMTE de cobre após imersão em água DI e IPA e exposição a uma atmosfera quente e úmida (60 ° C, 85% de umidade relativa). É óbvio a partir dos resultados que, após 24 h, as estruturas morfológicas e as resistências das folhas dos EMTEs não são afetadas.
Figura 1: Diagramas esquemáticos da Estrutura EMTE e Procedimento de Fabricação LEIT. (A) Um EMTE com uma malha de metal embutida em uma película de plástico transparente. ( B ) Padrões de malha feitos em resiSt filme em camadas em um substrato de vidro condutor usando litografia. ( C ) Electrodeposição de metal dentro das trincheiras da resistência para fabricar uma malha metálica uniforme. ( D ) Dissolver a resistência para conseguir uma malha de metal nua. ( E ) Aquecimento e pressão da malha metálica em uma película plástica. ( F ) Separação da película plástica e da malha metálica em uma forma completamente embutida. Esta figura foi modificada a partir da referência 29 . Clique aqui para ver uma versão maior dessa figura.
Figura 2: Fabricação de protótipos de EMTE de cobre de 50 μm-pitch. (A - c ) SEM (esquerda, com a inserção mostrando a imagem ampliada) e AFM (Direita) de uma amostra EMTE em diferentes estágios de LEIT: ( a ) Padrão de malha na fotorresistência. ( B ) Malha de cobre no vidro FTO após dissolução da fotorresistência. ( C ) Malha de cobre completamente incorporada em um substrato de COC. ( D ) Relação entre a espessura do metal e o tempo de eletrodeposição em uma densidade de corrente de electrodeposição constante (3 mA / cm 2 ). Os casos bem sucedidos e bem sucedidos após a transferência de impressão são indicados por cores vermelhas e pretas, respectivamente. Esta figura foi modificada a partir da referência 29 . Clique aqui para ver uma versão maior dessa figura.
Figura 3: SEM (esquerda) e AFM (direita) Caracterizações de um PRototype Sub-micrometer-linewidth EMTE em Várias Etapas de LEIT. (A) Padrões Nanomesh feitos em um filme PMMA usando EBL. ( B ) nanomas de cobre no vidro FTO após a dissolução do filme PMMA. ( C ) nanomas de cobre completamente incorporados em um substrato de COC. Esta figura foi modificada a partir da referência 29 . Clique aqui para ver uma versão maior dessa figura.
Figura 4: Caracterização de desempenho do protótipo EMTEs de cobre de 50 μm-pitch. (A) Espectros ópticos dos típicos EMTE de cobre. Inset: imagem óptica do cobre flexível EMTE. ( B ) Relação entre transmitância e resistência da folha para EMTEs de cobre De várias espessuras de malha; Os valores FoM correspondentes são exibidos na inserção. Esta figura foi modificada a partir da referência 29 . Clique aqui para ver uma versão maior dessa figura.
Figura 5: Escalabilidade dimensional e versatilidade do material dos EMTE de cobre. (A) Resistência da folha e espectros ópticos de um cobre elevado EMTE de cobre com um tom de 150 μm em um grande substrato de COC (5 x 5 cm 2 ). Inserção: imagem óptica da EMTE de área ampla. ( B ) Resistências de folha e espectros ópticos de EMTEs de 50 μm-pitch feitos de metais diferentes. Esta figura foi modificada a partir da referência 29 .P_upload / 56019 / 56019fig5large.jpg "target =" _ blank "> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 6: Estabilidade Mecânica e Ambiental dos EMTE de Cobre. (A) Curva de mudanças na resistência da folha com ciclos de flexão compressiva repetidos. ( B ) Curva de mudanças na resistência da folha com ciclos de flexão de tração repetidos. ( C ) Alterações na resistência da folha nos testes ambientais e químicos. Instalação: imagens SEM após os testes. Esta figura foi modificada a partir da referência 29 . Clique aqui para ver uma versão maior dessa figura.
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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 forma, outros processos de litografia de grande área, como a fotolitografia de deslocamento de fase 30 , a litografia de nanoimpressão 31 e a litografia de feixe de partículas carregadas 32 , também podem ser usados para criar padrões de alta resolução no filme de resistência. O processo de electrodeposição usado em nossa demonstração é baseado em uma configuração em escala laboratorial. No entanto, nosso método pode ser facilmente modificado para um banho de galvanoplastia de grande porte industrial para produção. Nós usamos therTransferência de impressão incorreta na demonstração, mas outros materiais que podem ser curados por ultravioleta ou outros meios também podem ser aplicados ao processo de transferência.
Ao realizar nosso método, alguns problemas podem ocorrer. A espessura da malha metálica, bem como o seu perfil geométrico, são fundamentais para a fabricação LEIT consistente de EMTEs. A curva mostrada na Figura 2d revela que as transferências foram bem sucedidas apenas para malhas mais espessas ( ou seja, uma espessura superior a 500 nm). A razão para as transferências mal sucedidas é que a força de armadilha aplicada do filme COC na superfície superior e na parede lateral de malhas metálicas mais finas simplesmente não conseguiu contrariar a força de aderência entre o metal e o vidro FTO.
Existem limitações para o nosso método atual. Embora o LEIT seja uma abordagem econômica para substituir a deposição de metal à vácuo com um processo de galvanoplastia para a fabricação de EMTEs, ele compreende uma litografia obrigatóriaPhy passo ao fazer cada amostra. Isso limita sua adequação para a produção industrial de alto volume e grande volume. Nosso futuro trabalho será focado em abordar esta importante questão.
Com um melhor desempenho a um custo menor e a estratégia de fabricação de alto rendimento, a nossa EMTE possui uma ampla gama de aplicações em dispositivos optoeletrônicos flexíveis, tais como células solares orgânicas 33 , diodos orgânicos emissores de luz 34 , transistores orgânicos de película fina 35 , flexíveis Painéis de toque transparentes 10 , etc. Além disso, a malha pode ser usada na pele artificial, transferindo-a para substratos esticáveis. Atualmente, estamos investigando sua adequação em dispositivos eletrônicos esticáveis. De fato, seu desempenho é promissor em tais aplicações.
Em resumo, apresentamos novos EMTEs em que a malha de metal é mecanicamente ancorada em um filme de polímero. ComparConforme os eletrodos de malha de metal existentes, a principal vantagem desta estrutura EMTE é que ele usa uma malha metálica espessa para uma maior condutividade elétrica, sem perder a planicidade da superfície. Os EMTEs são fabricados para realizar uma proporção de condutância para a condutância óptica de mais de 10 4 , que está entre os mais altos dos TEs 29 relatados na literatura. Além disso, a estrutura incorporada aumenta a estabilidade química dos EMTEs em uma atmosfera ambiente e a estabilidade mecânica sob tensão de flexão.
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Disclosures
Os autores não têm nada a revelar.
Acknowledgments
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
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
References
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