Stratégie de fabrication élaborée par solution évolutive pour électrodes à haute performance, flexibles et transparentes avec un maillage métallique intégré

L’objectif global de cette procédure est d’utiliser un processus de fabrication basé sur une solution qui combine la lithographie, le dépôt électrique et le transfert d’empreintes pour produire un film conducteur haute performance, flexible et transparent avec un micro-treillis métallique auto-ancré et entièrement intégré. Ce maillage peut aider à relever les principaux défis auxquels sont confrontés les futurs dispositifs électroniques flexibles à base de mailles métalliques, tels que la typographie à surface non plane, le faible débit de fabrication et les coûts de fabrication élevés. Le treillis métallique intégré offre plusieurs avantages, tels qu’une auto-douceur cruciale, une stabilité mécanique et une contrainte de combustion élevée, une forte adhérence au substrat flexible et une résistance à l’humidité, à l’oxygène et aux produits chimiques.

Notre procédé placera cela en basant le dépôt de métal avec un dépôt électrique basé sur la solution, et est simple pour rechercher un débit élevé, comme le volume et la production à faible coût. Mon groupe a aidé le groupe de la Dre Wendy Lee à tester les stabilités dimensionnelles du processus de fabrication de treillis métalliques en modelant un treillis métallique de 400 nanomètres avec notre système de lithographie par faisceau électro fabriqué à la maison. Mon assistant Xiong Ze va faire une démonstration du processus de modélisation des faisceaux électriques.

Pour commencer la fabrication EMTE, nettoyez un morceau de verre enduit d’oxyde d’étain dopé de trois centimètres sur trois centimètres avec un détergent liquide et un coton-tige. Rincez abondamment le substrat en verre avec de l’eau déminéralisée et éliminez les traces de détergent avec un autre coton-tige. Soniquez le verre FTO dans de l’isopropanol pendant 30 secondes à 40 kilohertz.

Séchez ensuite le verre propre à l’air comprimé. Ensuite, placez le verre FTO propre et sec dans une machine à essorer et appliquez 100 microlitres de résine photosensible positive. Appliquez une couche de rotation sur le verre à 4 000 tr/min pendant 60 secondes pour produire un film de 1,8 micron d’épaisseur.

Faites cuire le verre à couche à 100 degrés Celsius pendant 50 secondes. Couvrez le verre revêtu d’un masque à motif maillé et exposez la photorésistance à une lumière UV suffisante pour obtenir une fluence rayonnante de 20 millijoules par centimètre carré. Ensuite, plongez le verre revêtu dans le révélateur approprié pendant 50 secondes pour retirer la résine photosensible exposée.

Rincez l’échantillon à l’eau déminéralisée et séchez-le sous un jet d’air comprimé. Ensuite, placez 100 miloliters de solution de galvanoplastie en cuivre acquiesce dans un bécher de 250 millilitres. Immergez l’échantillon dans la solution de placage.

Et connectez-le à la borne négative d’un appareil d’électrodéposition à deux électrodes. Ensuite, connectez une barre métallique de cuivre à la borne positive de l’appareil. Appliquez un courant constant de cinq milliampères pour obtenir une densité de courant de trois milliampères par centimètre carré pendant 15 minutes, pour déposer une couche de cuivre de 1,5 micron d’épaisseur sur l’échantillon.

Le croquage est l’étape critique de la fabrication. La densité de courant et le temps de galvanoplastie affectent la morphologie du treillis métallique et les performances finales, et doivent être testés et optimisés avec vos propres échantillons. Rincez abondamment l’échantillon galvanisé avec de l’eau déminéralisée et séchez-le sous un jet d’air comprimé.

Plongez l’échantillon dans de l’acétone pendant cinq minutes pour dissoudre la résine photosensible restante et laisser un treillis métallique nu sur la surface du verre FTO. Rincez et séchez l’échantillon avec de l’eau déminéralisée et de l’air comprimé. Ensuite, placez l’échantillon sur le plateau d’une presse hydraulique avec le treillis métallique vers le haut.

Recouvrez l’échantillon d’un film de copolymère d’oléfine cyclique de 100 microns d’épaisseur avec une température de transition vitreuse de 78 degrés Celsius. Chauffez les plateaux à 100 degrés Celsius, puis appliquez 15 millipascals de pression d’empreinte sur l’échantillon pendant cinq minutes. Tirez les plateaux à 40 degrés Celsius avant de relâcher la pression d’impression.

La pression et la température sont des intérêts primordiaux importants dans l’étape de transfert de l’empreinte. Assurez-vous que votre empreinte et votre pression sont uniformes et suffisamment élevées pour un transfert complet. La température doit être d’environ 20 degrés supérieure à la température de transition vitreuse du matériau du substrat.

Pelez soigneusement le film polymère avec le treillis intégré de la surface du verre FTO pour obtenir l’EMTE. Pour commencer à préparer un EMTE submicronique, nettoyez un morceau de verre FTO de trois centimètres sur trois centimètres avec un détergent liquide et de l’eau désionisée, suivi d’une sonication à l’isopropanol. Placez le verre FTO propre et sec dans une essoreuse et appliquez 100 microlitres de PMMA à 4 % en poids en anastole.

Appliquez une couche de rotation sur le verre à 2500 tr/min pendant 60 secondes pour produire un film de 150 nanomètres d’épaisseur. Faites cuire le film à 170 degrés Celsius pendant 30 minutes, puis démarrez le système de lithographie par faisceau d’électrons et préparez un motif de maillage avec un générateur de motifs. Placez l’échantillon dans le système de lithographie par faisceau d’électrons et exécutez le processus de structuration.

Développer le PMMA par immersion dans un à trois mélanges de méthyl-isopropyl-cétone et d’isopropanol pendant 60 secondes. Rincez l’échantillon à motifs avec de l’eau désionisée et séchez-le sous un jet d’air comprimé. Ensuite, placez l’échantillon à motifs dans une solution de galvanoplastie de cuivre et connectez l’échantillon à la borne négative d’un appareil de déposition d’électrode à deux électrodes.

Connectez la borne positive à une barre de cuivre ou de métal. Appliquez un courant constant pour obtenir une densité de courant de trois milliampères par centimètre carré pendant deux minutes pour plaquer 200 nanomètres de cuivre sur l’échantillon. Rincez l’échantillon à l’eau désionisée et immergez-le dans de l’acétone pendant cinq minutes pour dissoudre le PMMA.

Ensuite, placez l’échantillon sur le plateau d’une presse hydraulique. Recouvrez l’échantillon d’un film de copolymère cyclique d’oléfine de 100 microns d’épaisseur avec une température de transition vitreuse de 78 degrés Celsius. Chauffez les plateaux à 100 degrés Celsius et appliquez 15 millipascals de pression d’impression pendant cinq minutes.

Refroidissez les plateaux à 40 degrés Celsius avant de relâcher la pression. Décollez soigneusement le film du verre FTO pour obtenir l’EMTE submicronique. Pour commencer les mesures de résistance de la feuille, étalez d’abord l’argent sur les bords opposés de l’EMTE et laissez la pâte sécher.

Placez les quatre sondes de l’appareil de mesure de la résistance de la feuille sur les lignes de pâte d’argent conformément aux instructions du fabricant de l’appareil. Mesurez et enregistrez la résistance de la feuille. Pour effectuer des mesures de transmission optique, placez d’abord l’EMTE sur le porte-échantillon d’un spectrophotomètre UV-vis calibré réglé à 100 % de transmittance.

Alignez l’échantillon perpendiculairement à la ligature. Acquérir un spectre de transmission de l’EMTE pour évaluer l’électro-transparence. Les EMTE en cuivre ont été fabriqués avec différents modèles de grille pour évaluer l’effet de la géométrie de la grille sur les propriétés de l’électrode.

Le rapport entre la conductance électrique et la conductance optique pour les EMTE en cuivre à 550 nanomètres était supérieur à 1,5 fois 10 à la quatrième puissance. Des mailles plus épaisses correspondaient à une transmission optique et à une résistance de la feuille plus faibles. Des pas plus grands correspondaient à une plus grande résistance et transmission de la feuille.

Les EMTE ont été fabriqués avec divers métaux à l’aide d’un maillage à pas de 50 microns, qui ont tous montré des spectres de transmittance plats et sans caractéristiques. Avec la même relation entre l’épaisseur du treillis et la transmittance, la transmittance et la résistance de la feuille peuvent d’abord être ajustées en ajustant la géométrie et la composition du treillis. La résistance de la tôle des EMTE en cuivre a été évaluée par rapport à des essais de flexion en compression et en traction.

Aucun changement significatif n’a été observé pour les essais de flexion en compression de quatre millimètres et de cinq millimètres. La résistance de la tôle est progressivement augmentée par des essais de flexion en traction. Aucune dégradation et résistance des feuilles n’a été observée après 24 heures d’exposition à l’isopropanol dans l’eau ou dans une atmosphère chaude et humide.

Les nouveaux étudiants peuvent apprendre cette technique en quelques jours. Une fois maîtrisé, l’ensemble du processus de fabrication peut être réalisé en deux à trois heures et l’équipement est prêt. Cette technique ouvre la voie à l’utilisation de méthodes de fabrication de processus de solution évolutives pour développer de nouveaux dispositifs micro et nanostructurés, tels que notre micro-maille métallique auto-ancrée, à haut rapport d’aspect, intégrée dans un substrat flexible.

De nombreuses applications telles que les écrans tactiles, les capteurs de déplacement et les cellules solaires peuvent bénéficier de nos électrodes transparentes en maille métallique intégrée haute performance. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d’utiliser ce processus de fabrication basé sur une solution pour produire des données réelles transparentes en treillis métallique. Merci de nous avoir regardés, nous sommes ouverts aux collaborations.