Strategia di Fabbricazione elaborata in soluzione scalabile per elettrodi ad alte prestazioni, flessibili e trasparenti con maglia metallica incorporata

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di utilizzare un processo di fabbricazione basato su soluzioni che combina litografia, deposizione elettrica e trasferimento dell'impronta per produrre un film conduttivo ad alte prestazioni, flessibile e trasparente con una rete metallica micro ancorata e completamente incorporata. Questa rete può aiutare ad affrontare le sfide chiave che dovranno affrontare i futuri dispositivi elettronici flessibili basati su rete metallica, come la tipografia a superficie non piana, la bassa produttività di fabbricazione e gli elevati costi di produzione. La rete metallica incorporata offre numerosi vantaggi, come l'autolevigatezza cruciale, la stabilità meccanica e un'elevata sollecitazione da combustione, una forte adesione al substrato flessibile e resistenza all'umidità, all'ossigeno e ai prodotti chimici.

Il nostro processo posizionerà questo basando la deposizione di metallo con la deposizione elettrica basata sulla soluzione ed è semplice per perseguire un'elevata produttività, come la produzione di volumi e bassi costi. Il mio gruppo ha aiutato il gruppo della dottoressa Wendy Lee a testare le stabilità dimensionali del processo di fabbricazione della rete metallica modellando una rete metallica a 400 nanometri con il nostro sistema di litografia a fascio elettronico costruito in casa. Il mio assistente Xiong Ze dimostrerà il processo di modellazione del fascio elettrico.

Per iniziare la fabbricazione EMTE, pulire un pezzo di tre centimetri per tre centimetri di vetro rivestito di ossido di stagno drogato con pavimento con detersivo liquido e un batuffolo di cotone. Sciacquare accuratamente il supporto in vetro con acqua deionizzata e rimuovere le tracce di detersivo con un altro tampone. Sonicare il vetro FTO in isopropanolo per 30 secondi a 40 kilohertz.

Quindi asciugare il vetro pulito con aria compressa. Quindi, posiziona il vetro FTO pulito e asciutto in una centrifuga e applica 100 microlitri di fotoresist positivo. Centrifugare il vetro a 4.000 giri/min per 60 secondi per produrre una pellicola spessa 1,8 micron.

Cuocere il vetro rivestito a 100 gradi Celsius per 50 secondi. Coprire il vetro rivestito con una maschera a rete ed esporre il fotoresist a una luce UV sufficiente per ottenere una fluenza radiante di 20 millijoule per centimetro quadrato. Quindi, immergere il vetro rivestito nell'apposito rivelatore per 50 secondi per rimuovere il fotoresist esposto.

Sciacquare il campione in acqua deionizzata e asciugarlo sotto un getto di aria compressa. Quindi, mettere 100 millilitri di soluzione galvanica di rame acquiescente in un becher da 250 millilitri. Immergere il campione nella soluzione di placcatura.

E collegarlo al terminale negativo di un apparecchio di elettrodeposizione a due elettrodi. Quindi, collegare una barra di rame e metallo al terminale positivo dell'apparecchio. Applicare una corrente costante di cinque milliampere per ottenere una densità di corrente di tre milliampere per centimetro quadrato per 15 minuti, per depositare uno strato di rame spesso 1,5 micron sul campione.

Il croqueting è la fase critica della fabbricazione. La densità di corrente e il tempo di galvanica influenzano la morfologia della rete metallica e le prestazioni finali e devono essere testati e ottimizzati con i propri campioni. Sciacquare accuratamente il campione elettrolitico con acqua deionizzata e asciugarlo sotto un getto di aria compressa.

Immergere il campione nell'acetone per cinque minuti per sciogliere il fotoresist rimanente e lasciare una rete metallica nuda sulla superficie del vetro FTO. Sciacquare e asciugare il campione con acqua deionizzata e aria compressa. Quindi, posizionare il campione sulla piastra di una pressa idraulica con la rete metallica rivolta verso l'alto.

Coprire il campione con un film di copolimero olefinico ciclico di 100 micron di spessore con una temperatura di transizione vetrosa di 78 gradi Celsius. Riscaldare le piastre a 100 gradi Celsius, quindi applicare 15 millipascal di pressione di impronta sul campione per cinque minuti. Tirare le piastre a 40 gradi Celsius prima di rilasciare la pressione di stampa.

La pressione e la temperatura sono importanti interessi primari nella fase di trasferimento dell'impronta. Assicurati che l'impronta e la pressione siano uniformi e sufficientemente alte per il trasferimento completo. La temperatura deve essere di circa 20 gradi superiore alla temperatura di transizione vetrosa del materiale del substrato.

Staccare con cura il film polimerico con la rete incorporata dalla superficie del vetro FTO per ottenere l'EMTE. Per iniziare a preparare un EMTE submicronico, pulire un pezzo di vetro FTO di tre centimetri per tre centimetri con detersivo liquido e acqua deionizzata seguita da sonicazione in isopropanolo. Posizionare il vetro FTO pulito e asciutto in una centrifuga e applicare 100 microlitri di PMMA al 4% in peso in anastole.

Centrifugare il vetro a 2500 giri/min per 60 secondi per produrre una pellicola spessa 150 nanometri. Cuocere la pellicola a 170 gradi Celsius per 30 minuti, quindi avviare il sistema di litografia a fascio di elettroni e preparare un modello a maglie con un generatore di modelli. Posizionare il campione nel sistema di litografia a fascio di elettroni ed eseguire il processo di patterning.

Sviluppare il PMMA per immersione in una miscela da uno a tre di metil-isopropil-chetone e isopropanolo per 60 secondi. Sciacquare il campione con acqua deionizzata e asciugarlo sotto un getto di aria compressa. Quindi, posizionare il campione modellato in una soluzione di galvanica di rame e collegare il campione al terminale negativo di un apparecchio di elettrodeposizione a due elettrodi.

Collegare il terminale positivo a una barra di rame e metallo. Applicare una corrente costante per ottenere una densità di corrente di tre milliampere per centimetro quadrato per due minuti per placcare 200 nanometri di rame sul campione. Sciacquare il campione con acqua deionizzata e immergere il campione in acetone per cinque minuti per sciogliere il PMMA.

Quindi, posizionare il campione sulla piastra di una pressa idraulica. Coprire il campione con un film di copolimero olefinico ciclico di 100 micron di spessore con una temperatura di transizione vetrosa di 78 gradi Celsius. Riscaldare le piastre a 100 gradi Celsius e applicare 15 millipascal di pressione di stampa per cinque minuti.

Raffreddare le piastre a 40 gradi Celsius prima di rilasciare la pressione. Staccare con cura la pellicola dal vetro FTO per ottenere l'EMTE submicronico. Per iniziare le misurazioni della resistenza del foglio, stendere prima l'argento sui bordi opposti dell'EMTE e lasciare asciugare la pasta.

Posizionare le quattro sonde del dispositivo di misurazione della resistenza del foglio sulle linee di pasta d'argento secondo le istruzioni del produttore del dispositivo. Misurare e registrare la resistenza del foglio. Per eseguire le misure di trasmissione ottica, posizionare prima l'EMTE sul supporto del campione di uno spettrofotometro UV-VIS calibrato impostato su una trasmittanza del 100%.

Allineare il campione perpendicolarmente alla trave. Acquisire uno spettro di trasmissione dell'EMTE per valutare l'elettrotrasparenza. Gli EMTE in rame sono stati fabbricati con vari modelli di griglia per valutare l'effetto della geometria della griglia sulle proprietà dell'elettrodo.

Il rapporto tra conduttanza elettrica e conduttanza ottica per gli EMTE in rame a 550 nanometri era di oltre 1,5 volte 10 rispetto al quarto. Le maglie più spesse corrispondevano a una minore trasmittanza ottica e resistenza del foglio. Passi più grandi corrispondevano a una maggiore resistenza e trasmittanza della lamiera.

Gli EMTE sono stati fabbricati con vari metalli utilizzando una rete di passo di 50 micron, che mostravano spettri di trasmittanza piatti e privi di caratteristiche. Con la stessa relazione tra spessore della maglia e trasmittanza, la trasmittanza e la resistenza del foglio possono essere prima regolate regolando la geometria e la composizione della rete. La resistenza della lamiera degli EMTE in rame è stata valutata rispetto a prove di compressione e flessione a trazione.

Non è stato osservato alcun cambiamento significativo per le prove di flessione a compressione di quattro millimetri e cinque millimetri. La resistenza della lamiera viene gradualmente aumentata con prove di flessione a trazione. Non è stata osservata alcuna degradazione e resistenza del foglio nelle 24 ore di esposizione all'isopropanolo dell'acqua o a un'atmosfera calda e umida.

I nuovi studenti possono imparare questa tecnica in pochi giorni. Una volta padroneggiato, l'intero processo di fabbricazione può essere eseguito in due o tre ore e l'attrezzatura è pronta. Questa tecnica apre la strada all'utilizzo di metodi di fabbricazione scalabili del processo di soluzione per sviluppare nuovi dispositivi micro e nanostrutturati, come la nostra micro rete metallica autoancorata ad alto rapporto d'aspetto, incorporata in un substrato flessibile.

Molte applicazioni come pannelli tattili, sensori di spostamento e celle solari possono trarre vantaggio dai nostri elettrodi trasparenti a rete metallica incorporati ad alte prestazioni. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come utilizzare questo processo di fabbricazione basato su soluzione per produrre valori reali trasparenti in rete metallica. Grazie per aver guardato, siamo aperti a collaborazioni.