Summary
Ce protocole décrit une stratégie de fabrication basée sur la solution pour des électrodes flexibles et performantes à haute performance avec une maille en métal épaisse entièrement intégrée. Les électrodes transparentes flexibles fabriquées par ce procédé se distinguent par les performances les plus élevées, notamment la résistance à la feuille ultra-faible, la haute transmittance optique, la stabilité mécanique sous pliage, une adhérence solide au substrat, la lisibilité de la surface et la stabilité de l'environnement.
Abstract
Ici, les auteurs rapportent l'électrode transparente en maille métallique intégrée (EMTE), une nouvelle électrode transparente (TE) avec une maille métallique complètement intégrée dans un film polymère. Cet article présente également une méthode de fabrication peu coûteuse et sans vide pour ce TE nouveau; L'approche combine le traitement lithographique, électrolytique et de transfert d'empreinte (LEIT). La nature intégrée des EMTE offre de nombreux avantages, tels que la douceur de surface élevée, ce qui est essentiel pour la production de produits électroniques organiques; Stabilité mécanique supérieure lors de la flexion; Résistance favorable aux produits chimiques et à l'humidité; Et une forte adhérence avec un film en plastique. La fabrication de LEIT comporte un procédé d'électrodéposition pour le dépôt de métaux sans vide et est favorable à la production industrielle de masse. En outre, LEIT permet la fabrication de mailles métalliques avec un rapport d'aspect élevé ( c.-à-d., L' épaisseur à la largeur de ligne), améliorant significativement sa conductance électrique sans perdre de manière optiqueAnsmittance. Nous démontrons plusieurs prototypes d'EMTE flexibles, avec des résistances de feuilles inférieures à 1 Ω / sq et des transmissions supérieures à 90%, ce qui entraîne des valeurs de mérite très élevées (FoM) - jusqu'à 1,5 x 10 4 - qui sont parmi les meilleures valeurs dans le Littérature publiée.
Introduction
Dans le monde entier, des études sont menées pour rechercher des remplacements d'oxydes conducteurs transparents rigides (TCO), tels que les films d'oxyde d'étain et d'oxyde d'étain dopé au fluor (FTO), afin de fabriquer des TE flexibles / extensibles à utiliser dans des conditions de flexibilité / Dispositifs optoélectroniques étirables 1 . Cela nécessite de nouveaux matériaux avec de nouvelles méthodes de fabrication.
Les nanomatériaux, tels que le graphène 2 , les polymères conducteurs 3 , 4 , les nanotubes de carbone 5 et les réseaux aléatoires de nanofils métalliques 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , ont été étudiés et ont démontré leurs capacités dans les TE flexibles, en répondant aux défauts de TCE existants, Y compris la fragilité de film 12 , la faible transmittance infrarouge 13 et la faible abondance 14 . Même avec ce potentiel, il est encore difficile d'obtenir une conductivité électrique et optique élevée sans détérioration sous pliage continu.
Dans ce cadre, les maillages métalliques réguliers 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20 évoluent en tant que candidat prometteur et ont réalisé une transparence optique remarquablement élevée et une faible résistance de la feuille, qui peut être réglable sur demande. Cependant, l'utilisation extensive de TE à base de maille métallique a été entravée en raison de nombreux défis. Tout d'abord, la fabrication implique souvent le dépôt coûteux et sous vide de métaux 16 , 17 , 18 , 21 . Deuxièmement, l'épaisseur peut facilement provoquer des courts-circuits électriques 22 , 23 , 24 , 25 dans des dispositifs optoélectroniques organiques à couche mince. Troisièmement, l'adhérence faible avec la surface du substrat entraîne une faible flexibilité 26 , 27 . Les limitations susmentionnées ont créé une demande pour de nouvelles structures TE à base de maille métallique et des approches évolutives pour leur fabrication.
Dans cette étude, nous rapportons une nouvelle structure de TE flexible qui contient une maille métallique complètement intégrée dans un film polymère. Nous décrivons également une approche de fabrication novatrice, basée sur des solutions et peu coûteuse qui combine la lithographie, l'électrodéposition et le transfert d'empreinte. Des valeurs FoM jusqu'à 15k ont été atteintes sur les EMTE d'échantillons. En raison de la nature intégrée deLes EMTE, une stabilité chimique, mécanique et environnementale remarquable ont été observées. De plus, la technique de fabrication traitée par solution établie dans ce travail peut être utilisée pour la production à faible coût et à haut débit des EMTE proposés. Cette technique de fabrication est évolutive vers des lignes de maille de maille plus fines, de plus grandes surfaces et une gamme de métaux.
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Protocol
ATTENTION: faites attention à la sécurité des faisceaux d'électrons. Portez les lunettes de protection et les vêtements appropriés. En outre, manipulez tous les solvants et solutions inflammables.
1. Fabrication à base de photolithographie de l'EMTE
- Photolithographie pour la fabrication du maillage.
- Nettoyer les substrats en verre FTO (3 cm x 3 cm) avec un détergent liquide à l'aide d'un coton-tige. Rincez-les soigneusement avec de l'eau désionisée (DI) à l'aide d'un coton-tige propre. Nettoyez-les plus avant à l'ultra-sonication (fréquence = 40 kHz, température = 25 ° C) dans de l'alcool isopropylique (IPA) pendant 30 s avant de les sécher à l'air comprimé.
ATTENTION: manipuler l'air comprimé avec précaution. - Spincer 100 μL de la résine photosensible sur le verre FTO nettoyé pendant 60 s à 4 000 tr / min (environ 350 xg pour les échantillons avec un rayon de 2 cm) pour obtenir un film uniforme de 1,8 μm d'épaisseur.
- Faire cuire le film photorésistant sur une plaque chauffante pendant 50 s à100 ° C.
- Exposez le film photorésistant à travers un photomasque avec un motif de maille (largeur de ligne de 3 μm, hauteur de 50 μm) en utilisant un masque anti-UV pour une dose de 20 mJ / cm 2 .
- Développer la photorésine en immergeant l'échantillon dans la solution de révélateur pendant 50 s.
- Rincer l'échantillon dans de l'eau DI et le sécher à l'air comprimé.
ATTENTION: manipuler l'air comprimé avec précaution.
- Nettoyer les substrats en verre FTO (3 cm x 3 cm) avec un détergent liquide à l'aide d'un coton-tige. Rincez-les soigneusement avec de l'eau désionisée (DI) à l'aide d'un coton-tige propre. Nettoyez-les plus avant à l'ultra-sonication (fréquence = 40 kHz, température = 25 ° C) dans de l'alcool isopropylique (IPA) pendant 30 s avant de les sécher à l'air comprimé.
- Electrodéposition de métaux.
- Verser 100 ml d'une solution aqueuse de placage de cuivre dans un bécher de 250 ml.
REMARQUE: D'autres solutions aqueuses de placage ( p. Ex., Argent, or, nickel et zinc) peuvent être utilisées pour la fabrication d'EMTE avec les métaux respectifs.
ATTENTION: faites attention à la sécurité chimique. - Connectez le verre FTO recouvert de photorésist à la borne négative de la configuration d'électrodéposition à deux électrodes et immergez-le dans la solution de placage comme électrode de travail.
- Raccorder la barre en métal de cuivreÀ la borne positive de la configuration d'électrodéposition à deux électrodes en tant que contre-électrode.
- Fournir un courant constant de 5 mA (densité de courant: ~ 3 mA / cm 2 ) à l'aide d'un instrument de mesure et de mesure de tension / courant ( ex. Sourcemeter) pendant 15 minutes pour déposer le métal sur une épaisseur d'environ 1,5 μm.
- Rincer soigneusement l'échantillon de verre FTO revêtu d'un photorésist avec de l'eau DI et le sécher à l'air comprimé.
ATTENTION: manipuler l'air comprimé avec précaution. - Placez l'échantillon de verre FTO revêtu d'un photorésist dans de l'acétone pendant 5 minutes pour dissoudre le film de photorésist, avec le treillis métallique nu sur le verre FTO.
- Verser 100 ml d'une solution aqueuse de placage de cuivre dans un bécher de 250 ml.
- Transfert d'impression thermique de la maille métallique sur le substrat souple.
- Placez l'échantillon de verre FTO recouvert de maille métallique sur les plateaux chauffés électriquement de l'imprimeur thermique et placez un film de copolymère d'oléfine cyclique flexible (COC) de 100 μm d'épaisseur sur l'échantillon face àLe côté en maille métallique.
- Chauffer les plaques de la presse chauffée à 100 ° C.
- Appliquer 15 MPa de pression d'impression et le maintenir pendant 5 min.
ATTENTION: faites attention à la sécurité lors de l'utilisation de la presse chauffante.
REMARQUE: le transfert d'empreinte peut être effectué à une pression inférieure; La valeur de pression (15 MPa) rapportée ici est relativement élevée. Cette pression élevée a été utilisée pour s'assurer que la maille métallique était intégrée dans le film COC. - Refroidir les plateaux chauffés à la température de démoulage de 40 ° C.
- Relâchez la pression d'impression.
- Éloignez le film COC du verre FTO, avec le filet métallique entièrement encastré dans le film COC.
2. Fabrication d'EMTE sous-micron
- Fabrication d'EMTE sous micron utilisant une lithographie à faisceau électronique (EBL).
- Spincoat 100 μL de solution de méthacrylate de polyméthyle (PMMA) (15k MW, 4% en poids dans l'anisole) sur le verre FTO nettoyé pendant 60 saT 2 500 tr / min (environ 140 xg pour les échantillons avec un rayon de 2 cm) pour obtenir un film uniforme de 150 nm d'épaisseur.
- Cuire le film PMMA sur une plaque chauffante pendant 30 min à 170 ° C.
- Allumez le système EBL et concevez le modèle de maille (largeur de ligne de 400 nm, hauteur de 5 μm) à l'aide d'un générateur de motifs 29 .
- Placez l'échantillon dans un microscope électronique à balayage connecté au générateur de motif et exécutez le processus d'écriture 29 .
- Développer la résine pendant 60 s dans une solution mixte de méthylisopropylcétone et d'isopropanol à un rapport 1: 3.
- Rincer l'échantillon avec de l'eau DI et le sécher à l'air comprimé.
ATTENTION: manipuler l'air comprimé avec précaution. - Placer 100 ml de la solution de placage aqueux de cuivre dans un bécher de taille moyenne.
REMARQUE: D'autres solutions de placage aqueux ( p. Ex., Solutions d'argent, d'or, de nickel et de placage de zinc) devraient être utilisées pour la fabrication d'EMTE avec les métaux respectifs. </ Li> - Fixez le verre FTO revêtu de PMMA à la borne négative de la configuration d'électrodéposition à deux électrodes, trempez-la dans la solution de placage en tant qu'électrode de travail et connectez la barre métallique de cuivre à la borne positive pour compléter le circuit.
REMARQUE: D'autres barres de métaux (argent, or, nickel et zinc) doivent être utilisées pour les électrodépositions métalliques respectives. - Appliquer un courant approprié, correspondant à une densité de courant d'environ 3 mA / cm 2 , à la région du motif de maille pendant 2 min pour déposer du métal à une épaisseur d'environ 200 nm (l'épaisseur réelle doit être déterminée par SEM ou AFM).
- Laver soigneusement l'échantillon avec de l'eau DI et le placer dans de l'acétone pendant 5 minutes pour dissoudre le film PMMA.
- Mettez l'échantillon de verre FTO recouvert de maille métallique sur les plateaux chauffés électriquement de l'imprimeur thermique et placez un film COC (100 μm d'épaisseur) sur l'échantillon.
- Chauffer les plaques à 100 ° C, appliquer un 15Pression d'impression MPa, et maintenez-le pendant 5 min.
- Refroidir les plateaux chauffés à la température de démoulage de 40 ° C et relâcher la pression d'impression.
- Éloignez le film COC du verre FTO, ainsi que le maillage métallique de micromètre complètement intégré dans le film COC.
3. Mesure du rendement des EMTE
- Mesure de la résistance des plaques.
- Faites passer la pâte d'argent sur deux bords opposés de l'échantillon carré et attendez qu'il sèche.
- Placez soigneusement les quatre sondes du dispositif de mesure de résistance sur les plaquettes en argent, en suivant les instructions de l'équipement.
- Passez au mode de mesure de résistance de la source d'alimentation / instrument de mesure et enregistrez la valeur sur l'affichage.
- Mesure de transmission optique.
- Activez la configuration de mesure UV-Vis et étalonnez le spectromètre ( c.-à-d., Corréler les lectures witHa échantillon standard pour vérifier la précision de l'instrument).
- Placez l'échantillon EMTE sur le support d'échantillon du spectromètre et alignez correctement la direction optique.
- Réglez le spectromètre pour une transmittance à 100%.
REMARQUE: Toutes les valeurs de transmission présentées ici sont normalisées à la transmittance absolue à travers le substrat de film COC nu. - Mesurer la transmission de l'échantillon.
- Enregistrez la mesure et déconnectez-vous de la configuration.
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Representative Results
La figure 1 affiche le schéma et le diagramme de fabrication des échantillons EMTE. Comme le montre la figure 1a , l'EMTE se compose d'un treillis métallique entièrement encastré dans un film polymère. La face supérieure du maillage est au même niveau que le substrat, affichant une plate-forme généralement lisse pour la production ultérieure de l'appareil. La technique de fabrication est expliquée schématiquement à la figure 1b - e . Après centrifugation d'un film de photorésist sur un substrat en verre FTO, la photolithographie est utilisée pour créer le motif de maille dans la résine photorésistante par exposition et développement UV ( figure 1b ), révélant la surface conductrice du verre dans la tranchée. Dans l'étape suivante, le métal respectif est cultivé à l'intérieur des tranchées par électrodéposition, qui remplit les tranchées pour former une maille métallique régulière ( figure 1c Figure 1d ). Ensuite, un film polymère est positionné sur l'échantillon et chauffé à une température supérieure à sa température de transition vitreuse. Le treillis métallique est poussé dans le film polymère adouci par application d'une pression uniforme ( Figure 1e ). Enfin, en refroidissant l'empilement à la température ambiante et en éliminant le film polymère du verre conducteur, le maillage métallique est transféré dans le film plastique sous une forme complètement intégrée ( figure 1f ). L'ensemble de la procédure de fabrication est basé sur la solution et est mis en œuvre dans une atmosphère ambiante; Par conséquent, il peut être facilement adapté pour la production en série.
La figure 2 présente la microscopie à force atomique (AFM) et la microscopie électronique à balayage (SEM) imaDe la morphologie de l'EMTE à différentes étapes de fabrication du processus LEIT. La figure 2a présente les images de tranchée dans le film de photorésist réalisé par photolithographie. Dans cet échantillon spécifique, la largeur de la trémie de photorésist est d'environ 4 μm, tandis que la profondeur est de près de 2 μm. La figure 2b montre le maillage de cuivre électrodéposé sur le verre FTO. Comme le montrent les résultats, la maille de cuivre a une épaisseur et une largeur de ligne d'environ 1,8 et 4 μm, respectivement. La figure 2c affiche le maillage de cuivre transféré sur un film COC 28 . Les images AFM confirment que la rugosité de surface de l'EMTE accomplie (épaisseur de 1,8 μm) est inférieure à 50 nm, confirmant sa configuration intégrée. La méthode LEIT peut être étudiée en faisant varier le temps d'électrodéposition pour fabriquer des EMTE en cuivre de différentes épaisseurs. La corrélation de l'épaisseur du métal et du temps d'électrodéposition est présenteDans la figure 2d . La courbe illustrée à la figure 2d révèle que l'épaisseur du métal change de manière non linéaire avec une augmentation du temps d'électrodéposition. Ceci est dû à la section transversale non rectangulaire de la trésorerie photorésistante ( Figure 2a ), qui a un fond plus étroit mais un sommet plus large. Ainsi, lors de l'électrodéposition (courant constant), la vitesse de croissance de l'épaisseur du métal diminue avec le temps. Par conséquent, le maillage a une plus grande largeur à la partie supérieure, ce qui est avantageux pour le transfert d'empreinte car il peut être ancré mécaniquement dans le film plastique.
La figure 3a -c démontre la caractérisation structurale de la fabrication EMTE à motifs EBL à différentes étapes du processus LEIT pour valider son évolutivité dimensionnelle. La figure 3a montre les images AFM et SEM du trainChes made in PMMA film via EBL. La profondeur et la largeur de la tranchée sont respectivement d'environ 150 et 400 nm. La figure 3b montre le maillage de cuivre électropliqué sur le verre FTO, et la figure 3c présente le tampon de cuivre transféré par empreinte sur un film COC. Le treillis métallique sur le substrat COC est totalement intégré, offrant une forte adhérence et stabilité avec le substrat en plastique.
La figure 4a montre la transmission des EMTE en cuivre de 600 nm, 1 μm et 2 μm d'épaisseur dans la gamme de longueurs d'ondes de 300 à 850 nm. Lorsque l'épaisseur du maille métallique a augmenté de 600 nm à 2 μm, seule une réduction minimale de la transmittance a été détectée, et cette baisse est attribuée au profil non-rectangulaire de la tranchée dans le photorésist et à la surcharge du métal. D'autre part, la résistance de la feuille des EMTE peut être considérablement diminuée lorsque l'épaisseur du métalEst augmentée, comme le montre la figure 4b . Une résistance de la feuille exceptionnellement faible de 0,07 Ω / sq a été enregistrée pour l'EMTE en cuivre avec une épaisseur de 2 μm, la transmittance optique étant encore supérieure à 70%.
La figure 4b présente le rapport de la conductance électrique à la conductance optique (σ dc / σ opt ), un FoM couramment utilisé pour comparer les performances des TE. Les valeurs FoM représentées sur la figure 4b ont été calculées pour diverses EMTE réalisées dans ce travail en appliquant l'expression couramment utilisée 4 , 7 , 17 , 18 : 
Où R s est la résistance de la feuille et T est la transmittance optique à une onde de 550 nmlongueur. L'encadré de la figure 4b montre la relation entre la FoM et l'épaisseur du métal. Le graphique donné montre que l'épaisseur du métal a une influence significative sur la résistance de la feuille et donc sur la valeur de la FoM en améliorant la conductivité d'un maillage métallique plus épais sans perdre considérablement de transmission. Les EMTE prototypes ont atteint des valeurs FoM supérieures à 1,5 x 10 4 , qui sont parmi les meilleures valeurs rapportées dans la littérature.
La figure 5a démontre la résistance de la feuille et les spectres UV-Vis d'un EMTE en cuivre hautement transparent sur un film COC (5 x 5 cm 2 ) avec un pas, une largeur de ligne et une épaisseur de 150, 4 et 1 μm, respectivement, présentant l'évolutivité de La taille totale de notre structure EMTE et la stratégie de fabrication LEIT. En raison du pas relativement important, l'échantillon affiche une transmittance optique plus élevée (94%) alors que mObtenant une résistance de la feuille inférieure (0,93 Ω / sq). De même, de nombreuses dispositions de résistance de la feuille et de transmittance optique peuvent être obtenues pour différents appareils en ajustant les caractéristiques géométriques clés de l'EMTE.
La figure 5b montre la résistance de la feuille et les spectres de transmission optique des EMTE de divers métaux, y compris l'argent, l'or, le nickel et le zinc, pour démontrer la polyvalence du choix de matériaux avec notre EMTE. Les spectres de transmission sont presque plats et sans caractéristiques sur toute la gamme visible, ce qui est bénéfique pour les dispositifs d'affichage et les applications de cellules solaires. Les EMTE à base de zinc, d'argent et de nickel ont des épaisseurs de métal comparables, de sorte que tous les échantillons ont des transmittances approximativement similaires (près de 78%), tandis que les résistances des feuilles sont respectivement de 1,02, 0,52 et 1,40 Ω / sq. En raison des différentes épaisseurs de métal, les EMTE à base d'or et de cuivre (près de 2 μm et 600 nm, respectivement) ont des résistances de feuilles de 0,20 et 0,70 Ω / sq et des transmittances de 72% et 82%, respectivement. La production réussie de ces EMTE a confirmé la polyvalence matérielle, satisfaisant ainsi diverses exigences pour la compatibilité chimique et la fonction de travail du conducteur dans divers appareils.
Les figures 6a et b présentent la flexibilité supérieure de nos EMTE en corrélant la résistance de la feuille avec les cycles de flexion pour les charges de compression et de traction aux rayons de 3, 4 et 5 mm. Les résultats montrés à la figure 6a démontrent que, pour le plissement compressif avec des rayons de 4 et 5 mm, aucune variation évidente de la résistance de la feuille (0,07 Ω / sq) ne se produit pour 1000 pliements. En outre, la variation de la résistance de la feuille est inférieure à 100% de sa valeur initiale (de 0,07 Ω / sq to 0,13 Ω / sq) pour le rayon de courbure de 3 mm. De même, pour la traction bLes variations de la résistance de la feuille par rapport aux cycles de flexion sont indiquées à la figure 6b , ce qui indique que pour 1 000 cycles de rayons de 3, 4 et 5 mm, les résistances de la feuille ont changé de près de 350%, 150% et 30% respectivement. La figure 6c illustre la stabilité environnementale des EMTE en cuivre après immersion dans l'eau DI et l'IPA et l'exposition à une atmosphère chaude et humide (60 ° C, 85% d'humidité relative). Il ressort clairement des résultats qu'après 24 h, les structures morphologiques et les résistances de feuilles des EMTE ne sont pas affectées.
Figure 1: Diagrammes schématiques de la structure EMTE et procédure de fabrication LEIT. (A) Un EMTE avec un maillage métallique intégré dans un film plastique transparent. ( B ) motifs de mailles réalisés en résiSt film stratifié sur un substrat en verre conducteur à l'aide de la lithographie. ( C ) Electrodéposition de métal à l'intérieur des tranchées de la résine pour fabriquer une maille métallique uniforme. ( D ) Dissolution de la résine pour réaliser des mailles métalliques nues. ( E ) Chauffage et pressage de la maille métallique dans un film plastique. ( F ) Séparation du film plastique et de la maille métallique sous une forme totalement intégrée. Ce chiffre a été modifié à partir de la référence 29 . Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 2: Fabrication d'électros de cuivre à 50 μm de Prototype. (A - c ) SEM (à gauche, avec l'insertion montrant l'image agrandie) et AFM (À droite) des caractérisations d'un échantillon EMTE à différents stades de LEIT: ( a ) motif Mesh dans la photoresist. ( B ) Maillage en cuivre sur le verre FTO après dissolution du photorésist. ( C ) Mesh en cuivre entièrement encastré dans un substrat COC. ( D ) Relation entre l'épaisseur du métal et le temps d'électrodéposition à une densité de courant d'électrodéposition constante (3 mA / cm 2 ). Les cas infructueux et réussis qui suivent le transfert d'empreinte sont désignés respectivement par des couleurs rouge et noir. Ce chiffre a été modifié à partir de la référence 29 . Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 3: SEM (gauche) et AFM (droite) Caractérisations d'un PRototype Sub-micromètre-linewidth EMTE à Various Stages of LEIT. (A) Modèles Nanomesh réalisés dans un film PMMA utilisant EBL. ( B ) Nanome de cuivre sur le verre FTO après dissolution du film PMMA. ( C ) nanomesh en cuivre entièrement encastré dans un substrat de COC. Ce chiffre a été modifié à partir de la référence 29 . Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 4: Caractérisation de performance du prototype EMTE de cuivre à 50 μm. (A) Spectres optiques des EMTE typiques en cuivre. Insertion: image optique de l'EMTE flexible en cuivre. ( B ) Relation entre la transmittance et la résistance de la feuille pour les EMTE en cuivre De différentes épaisseurs de maille; Les valeurs FoM correspondantes sont affichées dans l'insertion. Ce chiffre a été modifié à partir de la référence 29 . Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 5: évolutivité dimensionnelle et polyvalence des EMTE en cuivre. (A) Résistance de la feuille et spectres optiques d'un EMTE de cuivre à haute transparence avec un pas de 150 μm sur un grand substrat de COC (5 x 5 cm 2 ). Insertion: image optique de l'EMTE à grande surface. ( B ) Résistances de feuilles et spectres optiques de 50 μm-pitch EMTE en métaux différents. Ce chiffre a été modifié à partir de la référence 29 .P_upload / 56019 / 56019fig5large.jpg "target =" _ blank "> Cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 6: Stabilité mécanique et environnementale des EMTE en cuivre. (A) Courbe des changements de résistance de la feuille avec des cycles de flexion compressive répétés. ( B ) Courbe des changements de résistance de la feuille avec des cycles de flexion de traction répétés. ( C ) Changements dans la résistance de la feuille dans les tests environnementaux et chimiques. Intégration: images SEM après les tests. Ce chiffre a été modifié à partir de la référence 29 . Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
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Discussion
Notre méthode de fabrication peut être modifiée pour permettre l'évolutivité des tailles de caractéristiques et des zones de l'échantillon et pour l'utilisation de divers matériaux. La fabrication réussie des EMTE en cuivre sous-micromètre ( Figure 3a-3c ) utilisant EBL prouve que la structure EMTE et les étapes clés de la fabrication LEIT, y compris l'électrodéposition et le transfert d'impression, peuvent être ajustées de manière fiable à une plage de sous-micromètres. De même, d'autres processus de lithographie de grande surface, tels que la photolithographie 30 de phase, la lithographie nanoimprimée 31 et la lithographie à faisceau de particules chargées 32 , peuvent également être utilisés pour créer des motifs haute résolution dans le film résistant. Le processus d'électrodéposition utilisé dans notre démonstration est basé sur une configuration à l'échelle du laboratoire. Cependant, notre méthode peut être facilement modifiée pour un bain d'électrodéposition à grande échelle et à grande échelle pour la production. Nous avons utiliséTransfert d'impression mal dans la démonstration, mais d'autres matériaux qui peuvent être guéris par des ultraviolets ou d'autres moyens peuvent également être appliqués au processus de transfert.
Lors de la mise en œuvre de notre méthode, des problèmes peuvent survenir. L'épaisseur du treillis métallique, ainsi que son profil géométrique, sont essentiels à la fabrication ELIT cohérente des EMTE. La courbe illustrée à la figure 2d révèle que les transferts n'ont réussi que pour des mailles plus épaisses ( c'est-à-dire une épaisseur supérieure à 500 nm). La raison des transferts infructueux est que la force de piégeage appliquée du film COC sur la surface supérieure et la paroi latérale des mailles métalliques plus minces ne pouvait tout simplement pas contrer la force d'adhérence entre le métal et le verre FTO.
Il existe des limites à notre méthode actuelle. Bien que LEIT soit une approche rentable pour remplacer le dépôt de métaux à base de vide par un processus d'électrodéposition pour la fabrication d'EMTE, il comprend une lithographie obligatoireÉtape phy lors de chaque échantillon. Cela limite son aptitude à la production industrielle à haut débit et à gros volumes. Notre travail futur sera axé sur cette question importante.
Avec une meilleure performance à moindre coût et la stratégie de fabrication à haut débit, notre EMTE dispose d'une large gamme d'applications dans des dispositifs optoélectroniques flexibles, tels que des cellules solaires organiques 33 , des diodes électroluminescentes organiques 34 , des transistors organiques à couche mince 35 , flexibles Panneaux tactiles transparents 10 , etc. En outre, le maillage peut être utilisé dans la peau artificielle en le transférant sur des substrats étirables. Actuellement, nous étudions sa pertinence dans les appareils électroniques étirables. En effet, sa performance est prometteuse dans de telles applications.
En résumé, nous présentons de nouveaux EMTE dans lesquels une maille métallique est ancrée mécaniquement dans un film polymère. ComparAux électrodes en maille métallique existantes, l'avantage principal de cette structure EMTE est qu'elle utilise un maillage métallique épais pour une conductivité électrique plus élevée, sans perdre la planéité de la surface. Les EMTE sont fabriqués pour atteindre un rapport de conductance électrique à la conductance optique de plus de 10 4 , qui est parmi les plus élevés des TE 29 rapportés dans la littérature. En outre, la structure intégrée améliore la stabilité chimique des EMTE dans une atmosphère ambiante et la stabilité mécanique sous contrainte de flexion.
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Disclosures
Les auteurs n'ont rien à dévoiler.
Acknowledgments
Ce travail a été partiellement soutenu par le Fonds général de recherche du Conseil des subventions de recherche de la Région administrative spéciale de Hong Kong (Prix n ° 17246116), le Programme des jeunes chercheurs de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (61306123), le Programme de recherche de base - Programme général de la Commission d'innovation en science et technologie de la municipalité de Shenzhen (JCYJ20140903112959959), et le Programme clé de recherche et de développement du Département provincial de la science et de la technologie du Zhejiang (2017C01058). Les auteurs souhaitent remercier Y.-T. Huang et SP Feng pour leur aide avec les mesures optiques.
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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