Name: 埋め込み金属メッシュを用いた高性能で柔軟で透明な電極のための拡張可能なソリューション処理製作戦略 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-06-23T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 9 s
Description: 学ぶ 溶液ベースの製造法を用いて、リソグラフィー、電気めっき、インプリント転写を組み合わせた高性能で柔軟な透明導電性フィルムの作製方法。この技術は機械的安定性と環境耐性を備えた埋め込み金属メッシュ電極の開発に応用されます。

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この研究は、香港特別行政区の研究補助金協議会総会（奨学金番号17246116）、中国国立自然科学財団の若手研究者奨学金プログラム（61306123）、基礎研究プログラム - 深セン市科学技術革新委員会（JCYJ20140903112959959）の一般プログラム、および浙江省科学技術省の主要研究開発プログラム（2017C01058）などがあります。著者はY.-Tに感謝したいと思います。 Huang氏とSP Feng氏は、光学計測のご協力をいただきました。

注意：電子ビームの安全に注意してください。正しい保護眼鏡と服を着用してください。また、可燃性の溶剤や溶液は注意深く取り扱ってください。 1.フォトリソグラフィーによるEMTEの製作<ol><li> メッシュパターンを作製するためのフォトリソグラフィー。 <ol><li>綿棒を使用して液体洗剤でFTOガラス基板（3 cm x 3 cm）を洗浄します。きれいな綿棒を使用して脱イオン（DI）水で完全にすすいでください。イソプロピルアルコール（IPA）中30秒間、超音波処理（周波数= 40kHz、温度= 25℃）した後、圧縮空気で乾燥させます。 注意：圧縮空気は注意深く取り扱ってください。 </li><li>洗浄されたFTOガラス上のフォトレジスト100μLを4,000rpm（半径2cmのサンプルでは約350xg）で60秒間スピンコートして、厚さ1.8μmの均一なフィルムを得る。 </li><li>ホットプレート上でフォトレジスト膜を50秒間ベーキングする。100℃。 </li><li> 20mJ / cm 2の線量でUVマスクアライナーを使用して、メッシュパターン（線幅3μm、ピッチ50μm）を有するフォトマスクを通してフォトレジスト膜を露光する。 </li><li>サンプルを現像液に50秒間浸してフォトレジストを現像する。 </li><li>サンプルをDI水ですすぎ、圧縮空気で乾燥させます。 注意：圧縮空気は注意深く取り扱ってください。 </li></ol></li><li> 金属の電着。 <ol><li> 250 mLのビーカーに100 mLの銅メッキ水溶液を注ぎます。 注：他の水性めっき溶液（ 例えば、銀、金、ニッケルおよび亜鉛）は、それぞれの金属を有するEMTEの製造に使用することができる。 注意：化学物質の安全性に注意してください。 </li><li>フォトレジストで覆われたFTOガラスを2電極電着装置の負端子に接続し、それを作用電極としてのめっき溶液に浸します。 </li><li>銅金属棒を接続する対向電極としての2電極電着設定の正端子に接続されている。 </li><li>電圧/電流ソースおよび測定機器（ 例えば Sourcemeter）を用いて15分間約5mAの電流（電流密度：約3mA / cm 2 ）を供給して、約1.5μmの厚さに金属を析出させる。 </li><li>フォトレジストでコーティングしたFTOガラスサンプルをDI水で完全にすすぎ、圧縮空気で乾燥させます。 注意：圧縮空気は注意深く取り扱ってください。 </li><li>フォトレジストでコーティングされたFTOガラスサンプルをアセトンに5分間入れて、フォトレジストフィルムを溶解させ、金属メッシュをFTOガラスの上に溶解する。 </li></ol></li><li> フレキシブル基板への金属メッシュの熱インプリント転写。 <ol><li>金属メッシュで覆われたFTOガラスサンプルを熱インパクタの電気的に加熱されたプラテン上に置き、厚さ100μmの可撓性環状オレフィンコポリマー（COC）フィルムをサンプルの上に置き、金属メッシュ側。 </li><li>加熱プレスのプレートを100℃に加熱する。 </li><li> 15 MPaのインプリント圧力をかけ、5分間保持します。 注意：加熱プレスを使用する場合は安全に注意してください。 注記：インプリント転写は、より低い圧力で行うことができます。ここで報告される圧力値（15MPa）は比較的高い。この高圧を用いて、金属メッシュがCOCフィルム内に完全に埋め込まれたことを確認した。 </li><li>加熱されたプラテンを40℃の離型温度まで冷却する。 </li><li>インプリント圧力を解放します。 </li><li>金属メッシュがCOCフィルムに完全に埋め込まれた状態で、FTOガラスからCOCフィルムを剥がします。 </li></ol></li></ol> 2.サブミクロンEMTEの作製<ol><li> 電子ビームリソグラフィー（EBL）を用いたサブミクロンEMTEの作製。 <ol><li>清浄化したFTOガラス上にポリメチルメタクリレート（PMMA）溶液（15kMW、アニソール中4重量％）100μLをスピンコート60μL厚さ150nmの均一なフィルムを実現するために、2,500rpm（半径2cmの試料では約140xg）である。 </li><li> PMMAフィルムをホットプレート上で170℃で30分間焼く。 </li><li> EBLシステムをオンにし、パターン発生器29を使用してメッシュパターン（400nm線幅、5μmピッチ）を設計する。 </li><li>パターンジェネレータに接続された走査型電子顕微鏡にサンプルを置き、書き込みプロセス29を実行する。 </li><li>メチルイソプロピルケトンとイソプロパノールとの1：3の混合溶液中で60秒間レジストを現像する。 </li><li> DI水でサンプルをすすぎ、圧縮空気で乾燥させます。 注意：圧縮空気は注意深く取り扱ってください。 </li><li>中程度の大きさのビーカーに100mLの銅めっき水溶液を入れます。 注：各金属を有するEMTEの製造には、他の水性めっき溶液（ 例えば、銀、金、ニッケルおよび亜鉛めっき溶液）を使用すべきである。/ li&gt; <li> PMMA被覆FTOガラスを2電極電着設備の負端子に取り付け、作用電極としてのめっき溶液に浸し、銅金属棒を正端子に接続して回路を完成させる。 注：金属の電着には、他の金属棒（銀、金、ニッケル、亜鉛）を使用する必要があります。 </li><li>約3mA / cm 2の電流密度に対応する適切な電流をメッシュパターン領域に2分間印加して、約200nmの厚さに金属を堆積させる（実際の厚さはSEMまたはAFMによって決定されなければならない）。 </li><li>慎重に脱イオン水でサンプルを洗浄し、5分間アセトン中に置き、PMMAフィルムを溶解する。 </li><li>金属メッシュで覆われたFTOガラスサンプルを熱インパクタの電気的に加熱されたプラテン上に置き、サンプルの上にCOCフィルム（100μm厚）を置く。 </li><li>プレートを100℃に加熱し、15MPaインプリント圧力を5分間保持する。 </li><li>加熱されたプラテンを40℃の離型温度まで冷却し、インプリント圧力を解放する。 </li><li> FTOガラスからCOCフィルムを剥離し、COCフィルムに完全に埋め込まれたサブミクロンの金属メッシュを剥がします。 </li></ol></li></ol> 3. EMTEの性能測定<ol><li> シート抵抗測定。 <ol><li>スクエアサンプルの2つの反対側の端に銀ペーストを広げ、乾燥するまで待ちます。 </li><li>装置の指示に従って、抵抗測定装置の4つのプローブを銀パッドに慎重に配置します。 </li><li>電源/測定器の抵抗測定モードに切り替え、その値をディスプレイに記録します。 </li></ol></li><li> 光伝送測定。 <ol><li> UV-Vis測定設定をオンにし、分光器を較正する（ すなわち、測定値を相関させる標準のサンプルを使用して、機器の精度を確認してください）。 </li><li> EMTEサンプルを分光器サンプルホルダーに置き、光学方向を正しく調整します。 </li><li> 100％透過率の分光器を調整してください。 注：ここに示すすべての透過率値は、露出したCOCフィルム基板を通した絶対透過率に正規化されています。 </li><li>サンプルの透過率を測定します。 </li><li>セットアップの測定とログアウトを保存します。 </li></ol></li></ol>

<ol><li>Hecht, D. S., Hu, L., Irvin, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emerging+Transparent+Electrodes+Based+on+Thin+Films+of+Carbon+Nanotubes%2C+Graphene%2C+and+Metallic+Nanostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Emerging Transparent Electrodes Based on Thin Films of Carbon Nanotubes, Graphene, and Metallic Nanostructures.</a> Adv Mater. 23 (13), 1482-1513 (2011).</li>
<li>Bonaccorso, F., Sun, Z., Hasan, T., Ferrari, A. C. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nphoton/journal/v4/n9/full/nphoton.2010.186.html">Graphene photonics and optoelectronics.</a> Nat Photonics. 4 (9), 611-622 (2010).</li>
<li>Kirchmeyer, S., Reuter, K. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2005/jm/b417803n">Scientific importance, properties and growing applications of poly(3,4-ethylenedioxythiophene).</a> J Mater Chem. 15 (21), 2077-2088 (2005).</li>
<li>Vosgueritchian, M., Lipomi, D. J., Bao, Z. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201101775/abstract">Highly Conductive and Transparent PEDOT:PSS Films with a Fluorosurfactant for Stretchable and Flexible Transparent Electrodes.</a> Adv Funct Mater. 22 (2), 421-428 (2012).</li>
<li>Zhang, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strong%2C+Transparent%2C+Multifunctional%2C+Carbon+Nanotube+Sheets%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Strong, Transparent, Multifunctional, Carbon Nanotube Sheets.</a> Science. 309 (5738), 1215-1219 (2005).</li>
<li>De, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silver+Nanowire+Networks+as+Flexible%2C+Transparent%2C+Conducting+Films%3A+Extremely+High+DC+to+Optical+Conductivity+Ratios%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Silver Nanowire Networks as Flexible, Transparent, Conducting Films: Extremely High DC to Optical Conductivity Ratios.</a> ACS Nano. 3 (7), 1767-1774 (2009).</li>
<li>van de Groep, J., Spinelli, P., Polman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transparent+Conducting+Silver+Nanowire+Networks%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Transparent Conducting Silver Nanowire Networks.</a> Nano Lett. 12 (6), 3138-3144 (2012).</li>
<li>Hong, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+Stretchable+and+Transparent+Metal+Nanowire+Heater+for+Wearable+Electronics+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Highly Stretchable and Transparent Metal Nanowire Heater for Wearable Electronics Applications.</a> Adv Mater. 27 (32), 4744-4751 (2015).</li>
<li>Bari, B., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/ta/c6ta03308c">Simple hydrothermal synthesis of very-long and thin silver nanowires and their application in high quality transparent electrodes.</a> J Mater Chem A. 4 (29), 11365-11371 (2016).</li>
<li>Hyunjin, M., Phillip, W., Jinhwan, L., Seung Hwan, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-haze%2C+annealing-free%2C+very+long+Ag+nanowire+synthesis+and+its+application+in+a+flexible+transparent+touch+panel%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Low-haze, annealing-free, very long Ag nanowire synthesis and its application in a flexible transparent touch panel.</a> Nanotechnol. 27 (29), 295201(2016).</li>
<li>Lee, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+Stretchable+and+Transparent+Supercapacitor+by+Ag-Au+Core-Shell+Nanowire+Network+with+High+Electrochemical+Stability%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl+Mater+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Highly Stretchable and Transparent Supercapacitor by Ag-Au Core-Shell Nanowire Network with High Electrochemical Stability.</a> ACS Appl Mater Interfaces. 8 (24), 15449-15458 (2016).</li>
<li>Cairns, D. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.mae.wvu.edu/~cairns/Publications/DRC-APL01425.pdf">Strain-dependent electrical resistance of tin-doped indium oxide on polymer substrates.</a> Appl Phys Lett. 76 (11), 1425-1427 (2000).</li>
<li>Bel Hadj Tahar, R., Ban, T., Ohya, Y., Takahashi, Y. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/profile/Yutaka_Ohya/publication/41618872_Tin_doped_indium_oxide_thin_films_Electrical_properties/links/5519e6c10cf26cbb81a2b481/Tin-doped-indium-oxide-thin-films-Electrical-properties.pdf">Tin doped indium oxide thin films: Electrical properties.</a> J Appl Phys. 83 (5), 2631-2645 (1998).</li>
<li>Kumar, A., Zhou, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Race+To+Replace+Tin-Doped+Indium+Oxide%3A+Which+Material+Will+Win%3F%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">The Race To Replace Tin-Doped Indium Oxide: Which Material Will Win?</a> ACS Nano. 4 (1), 11-14 (2010).</li>
<li>Hong, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nonvacuum%2C+Maskless+Fabrication+of+a+Flexible+Metal+Grid+Transparent+Conductor+by+Low-Temperature+Selective+Laser+Sintering+of+Nanoparticle+Ink%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Nonvacuum, Maskless Fabrication of a Flexible Metal Grid Transparent Conductor by Low-Temperature Selective Laser Sintering of Nanoparticle Ink.</a> ACS Nano. 7 (6), 5024-5031 (2013).</li>
<li>Wu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Transparent+Electrode+Based+on+a+Metal+Nanotrough+Network%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">A Transparent Electrode Based on a Metal Nanotrough Network.</a> Nat Nanotechnol. 8 (6), 421-425 (2013).</li>
<li>Han, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Uniform+Self-Forming+Metallic+Network+as+a+High-Performance+Transparent+Conductive+Electrode%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Uniform Self-Forming Metallic Network as a High-Performance Transparent Conductive Electrode.</a> Adv Mater. 26 (6), 873-877 (2014).</li>
<li>Kim, H. -J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-Durable+AgNi+Nanomesh+Film+for+a+Transparent+Conducting+Electrode%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">High-Durable AgNi Nanomesh Film for a Transparent Conducting Electrode.</a> Small. 10 (18), 3767-3774 (2014).</li>
<li>Kwon, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-Temperature+Oxidation-Free+Selective+Laser+Sintering+of+Cu+Nanoparticle+Paste+on+a+Polymer+Substrate+for+the+Flexible+Touch+Panel+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl+Mater+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Low-Temperature Oxidation-Free Selective Laser Sintering of Cu Nanoparticle Paste on a Polymer Substrate for the Flexible Touch Panel Applications.</a> ACS Appl Mater Interfaces. 8 (18), 11575-11582 (2016).</li>
<li>Suh, Y. D., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/tc/c6tc04529d">Nanowire reinforced nanoparticle nanocomposite for highly flexible transparent electrodes: borrowing ideas from macrocomposites in steel-wire reinforced concrete.</a> J Mater Chem C. 5 (4), 791-798 (2017).</li>
<li>Bao, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+Situ+Fabrication+of+Highly+Conductive+Metal+Nanowire+Networks+with+High+Transmittance+from+Deep-Ultraviolet+to+Near-Infrared%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">In Situ Fabrication of Highly Conductive Metal Nanowire Networks with High Transmittance from Deep-Ultraviolet to Near-Infrared.</a> ACS Nano. 9 (3), 2502-2509 (2015).</li>
<li>van Osch, T. H. J., Perelaer, J., de Laat, A. W. M., Schubert, U. S. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.200701876/abstract">Inkjet Printing of Narrow Conductive Tracks on Untreated Polymeric Substrates.</a> Adv Mater. 20 (2), 343-345 (2008).</li>
<li>Ahn, B. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Omnidirectional+Printing+of+Flexible%2C+Stretchable%2C+and+Spanning+Silver+Microelectrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Omnidirectional Printing of Flexible, Stretchable, and Spanning Silver Microelectrodes.</a> Science. 323 (5921), 1590-1593 (2009).</li>
<li>Khan, A., Rahman, K., Hyun, M. -T., Kim, D. -S., Choi, K. -H. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s00339-011-6386-0">Multi-nozzle electrohydrodynamic inkjet printing of silver colloidal solution for the fabrication of electrically functional microstructures.</a> Appl Phys A. 104 (4), 1113-1120 (2011).</li>
<li>Khan, A., Rahman, K., Kim, D. S., Choi, K. H. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924013611003141">Direct printing of copper conductive micro-tracks by multi-nozzle electrohydrodynamic inkjet printing process.</a> J Mater Process Technol. 212 (3), 700-706 (2012).</li>
<li>Ellmer, K. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nphoton/journal/v6/n12/full/nphoton.2012.282.html">Past achievements and future challenges in the development of optically transparent electrodes.</a> Nat Photonics. 6 (12), 809-817 (2012).</li>
<li>Choi, H. -J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Uniformly+embedded+silver+nanomesh+as+highly+bendable+transparent+conducting+electrode%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Uniformly embedded silver nanomesh as highly bendable transparent conducting electrode.</a> Nanotechnol. 26 (5), 055305(2015).</li>
<li>Khan, A., Li, S., Tang, X., Li, W. -D. <a target="_blank" href="http://avs.scitation.org/doi/abs/10.1116/1.4900609">Nanostructure Transfer Using Cyclic Olefin Copolymer Templates Fabricated by Thermal Nanoimprint Lithography.</a> J Vac Sci Technol B. 32 (6), (2014).</li>
<li>Khan, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-Performance+Flexible+Transparent+Electrode+with+an+Embedded+Metal+Mesh+Fabricated+by+Cost-Effective+Solution+Process%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">High-Performance Flexible Transparent Electrode with an Embedded Metal Mesh Fabricated by Cost-Effective Solution Process.</a> Small. 12 (22), 3021-3030 (2016).</li>
<li>Moon Kyu, K., Jong, G. O., Jae Yong, L., Guo, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Continuous+phase-shift+lithography+with+a+roll-type+mask+and+application+to+transparent+conductor+fabrication%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Continuous phase-shift lithography with a roll-type mask and application to transparent conductor fabrication.</a> Nanotechnol. 23 (34), 344008(2012).</li>
<li>Chou, S. Y., Krauss, P. R., Renstrom, P. J. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.114851">Imprint of sub-25 nm vias and trenches in polymers.</a> Appl Phys Lett. 67 (21), 3114-3116 (1995).</li>
<li>Manfrinato, V. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Resolution+Limits+of+Electron-Beam+Lithography+toward+the+Atomic+Scale%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Resolution Limits of Electron-Beam Lithography toward the Atomic Scale.</a> Nano Lett. 13 (4), 1555-1558 (2013).</li>
<li>Khan, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solution-processed+Transparent+Nickel-mesh+Counter+Electrode+with+In-situ+Electrodeposited+Platinum+Nanoparticles+for+Full-Plastic+Bifacial+Dye-sensitized+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl+Mater+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Solution-processed Transparent Nickel-mesh Counter Electrode with In-situ Electrodeposited Platinum Nanoparticles for Full-Plastic Bifacial Dye-sensitized Solar Cells.</a> ACS Appl Mater Interfaces. 9 (9), 8083-8091 (2017).</li>
<li>Lee, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+dual-scale+metal+nanowire+network+transparent+conductor+for+highly+efficient+and+flexible+organic+light+emitting+diodes%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">A dual-scale metal nanowire network transparent conductor for highly efficient and flexible organic light emitting diodes.</a> Nanoscale. 9 (5), 1978-1985 (2017).</li>
<li>Khan, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1567173910004062">Direct patterning and electrospray deposition through EHD for fabrication of printed thin film transistors.</a> Current Appl Phys. 11 (1), S271-S279 (2011).</li>
</ol>

著者は何も開示することはない。

当社の製造方法は、サンプルのフィーチャ・サイズと面積のスケーラビリティと様々な材料の使用を可能にするように、さらに変更することができます。 EBLを使用したサブミクロン線幅（ 図3a〜3c ）の銅EMTEの製造を成功させることは、電気めっきおよびインプリント転写を含むLEIT製造におけるEMTE構造および重要なステップが、サブマイクロメートルの範囲に確実にスケールダウンできることを証明している。同様に、位相シフトフォトリソグラフィ30 、ナノインプリントリソグラフィ31および荷電粒子ビームリソグラフィ32などの他の大面積リソグラフィプロセスも、レジスト膜に高解像度パターンを作成するために使用することができる。デモで使用される電着プロセスは、実験室規模のセットアップに基づいています。しかしながら、本発明の方法は、工業規模で大量生産の電気めっき浴に容易に変更することができる。我々はtherを使用したデモンストレーションでのインプリン...

将来、柔軟性/伸縮性の高いTEを製造するために、インジウムスズ酸化物やフッ素ドープ酸化スズ（FTO）フィルムなどの剛性透明導電性酸化物（TCO）の代替品を探す研究が世界中で行われています。伸縮可能なオプトエレクトロニクスデバイス1 。これは、新しい製造方法を有する新規な材料を必要とする。 グラフェン2 、導電性ポリマー3,4 、カーボンナノチューブ5 、およびランダム金属ナノワイヤネットワーク6,7,8,9,10,11のようなナノ材料は研究されており、柔軟性TEにおけるそれらの能力を実証しており、既存のTCOベースのTEフィルムの脆弱性12 、低赤外線透過率13 、および低存在度14を含む 。この可能性があるとしても、連続曲げの下で劣化することなく、高い電気的および光学的コンダクタンスを達成することは依然として困難である。 この枠組みでは、規則的な金属メッシュ15,16,17,18,19,20が有望な候補として進化しており、要求に応じて調整可能な、非常に高い光透過性と低いシート抵抗を達成している。しかしながら、金属メッシュベースのTEの広範な使用は、多くの課題のために妨げられてきた。第1に、製造は、金属16,17,18の高価で真空に基づく堆積を伴うことが多い。 </sup&gt; 18,21 。第2に、厚さは、薄膜有機光電子デバイスにおいて電気的短絡22,23,24,25を容易に引き起こす可能性がある。第3に、基板表面との弱い接着は、貧弱な柔軟性をもたらす26,27 。上述の制限により、新規な金属メッシュベースのTE構造およびその製造のためのスケーラブルなアプローチに対する需要が生まれている。 本研究では、ポリマーフィルムに完全に埋め込まれた金属メッシュを含む柔軟なTEの新規構造を報告する。また、リソグラフィ、電着、インプリント転写を組み合わせた、革新的でソリューションベースの低コストの製造手法についても説明します。サンプルEMTEでは、15kという高いFoM値が達成されています。埋め込まれた性質のために顕著な化学的、機械的および環境的安定性が観察された。さらに、この研究で確立された溶液処理された製造技術は、提案されたEMTEの低コストおよび高スループット生産に潜在的に使用され得る。この製造技術は、より微細な金属メッシュ線幅、より広い領域、およびある範囲の金属にスケーラブルである。

<table><tbody><tr><td>アセトン</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>W332615</td><td>高可燃性</td></tr><tr><td>イソプロパノール</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>190764</td><td>高可燃性</td></tr><tr><td>FTOガラス基板</td><td>華南XiangS&T, China</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Photoresist</td><td>Clariant, Switzerland</td><td>54611L11</td><td>AZ 1500 Positive tone resist (20cP)</td></tr><tr><td>UV Mask Aligner</td><td>Chinese Academy of Sciences, China</td><td>URE-2000/35</td><td></td></tr><tr><td>Photoresist Developer</td><td>Clariant, Switzerland</td><td>184411</td><td>AZ 300 MIF Developer</td></tr><tr><td>Cu, Ag, Au, Ni, and Zn Electroplating solutions</td><td>Caswell, USA</td><td></td><td>レディ・トゥ・ユース・ソリューション(PLUG N' PLATE)</td></tr><tr><td>ケースレー2400 SourceMeter</td><td>ケースレー、アメリカ</td><td>41J2103</td><td></td></tr><tr><td>COCプラスチック・フィルム</td><td>TOPAS、ドイツ</td><td>F13-19-1</td><td>グレード 8007 (ガラス転移温度:78°C;C)</td></tr><tr><td>油圧プレス</td><td>Specac Ltd.、英国</td><td>GS15011</td><td>低トン数キット(0-1トンゲージ)付き</td></tr><tr><td>温度</td><td>コントローラーSpecac Ltd.、英国</td><td>GS15515</td><td>水冷加熱プラテンおよびコントローラー</td></tr><tr><td>チラー</td><td>グラントインスツルメンツ、英国</td><td>T100-ST5</td><td></td></tr><tr><td>ポリメチルメタクリレート(PMMA)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>200336</td><td></td></tr><tr><td>アニソール</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>96109</td><td>高可燃性</td></tr><tr><td>EBLセットアップ</td><td>オランダ・フィリップス</td><td>FEI XL30</td><td>JC Nabityパターンジェネレーターを搭載した走査型電子顕微鏡&nbsp;&nbsp;</td></tr><tr><td>イソプロピルケトン</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>108-10-1</td><td></td></tr><tr><td>銀ペースト</td><td>Ted Pella、Inc、米国</td><td>16031</td><td></td></tr><tr><td>UV&ndash;Vis分光計</td><td>パーキン・エルマー、アメリカ</td><td>L950</td><td></td></tr></tbody></table>

埋め込み金属メッシュを用いた高性能で柔軟で透明な電極のための拡張可能なソリューション処理製作戦略

Scalable Solution-processed Fabrication Strategy for High-performance, Flexible, Transparent Electrodes with Embedded Metal Mesh

ここでは、金属メッシュがポリマーフィルムに完全に埋め込まれた新しい透明電極（TE）である埋め込み金属メッシュ透明電極（EMTE）について報告しています。この論文はまた、この新規なTEのための低コスト、真空フリーの製造方法を提示する。このアプローチは、リソグラフィ、電気めっき、およびインプリント転写（LEIT）処理を組み合わせる。 EMTEの埋め込まれた性質は、有機電子デバイス製造に不可欠である高い表面平滑性、曲げ加工中の優れた機械的安定性;化学薬品および水分に対する良好な耐性;プラスチックフィルムとの強い接着性。 LEIT製造は、真空を用いない金属蒸着のための電気めっきプロセスを特徴とし、工業的大量生産に有利である。さらに、LEITは、高いアスペクト比（ すなわち、線幅に対する厚さ）を有する金属メッシュの製造を可能にし、光trを不利に損失することなくその電気伝導性を著しく向上させるアシュミタンス。 1Ω/ sq以下のシート抵抗と90％以上の透過率を持つ柔軟性のあるEMTEのプロトタイプをいくつか試作し、最高の性能指数（FoM） - 最大1.5 x 10 4を達成しました。出版された文献。

図1に、EMTEサンプルの概略図と製造フローチャートを示します。 図1aに示すように、EMTEは、ポリマーフィルムに完全に埋め込まれた金属メッシュで構成されています。メッシュの上面は、基板と同じ高さにあり、後続のデバイス製造のための一般的に滑らかなプラットフォームを表示する。製造技術は、 図1b〜eに概略的に説明されている。 FTOガラス基板上のフォトレジスト膜をスピンコートした後、フォトリソグラフィを用いてUV露光および現像（ 図1b ）によってフォトレジストにメッシュパターンを作成し、トレンチ内のガラスの導電性表面を露出させる。次のステップでは、各金属をトレンチ内に電着によって成長させ、トレンチを充填して規則的な金属メッシュを形成する（ <strong class="xf...

このプロトコルは、完全に埋め込まれた厚い金属メッシュを備えた、高性能で柔軟性のある透明電極のためのソリューションベースの製造戦略を記述しています。このプロセスによって製造された可撓性透明電極は、極低シート抵抗、高い光透過率、曲げ下での機械的安定性、強い基材接着性、表面平滑性および環境安定性を含む、報告された最高性能の中で実証されている。

Here, the authors report the embedded metal-mesh transparent electrode (EMTE), a new transparent electrode (TE) with a metal mesh completely embedded in a ...

本手順の目的は、リソグラフィー、電気析出、およびインプリント転写を組み合わせた溶液ベースの作製プロセスを用いて、自己固定され完全に埋め込まれたマイクロメタルメッシュを有する、高性能で柔軟な透明導電膜を作製することです。このメッシュは、非平坦な表面トポグラフィー、低い作製スループット、および高い製造コストなど、将来のメタルメッシュベースのフレキシブル電子デバイスが直面する主要な課題の解決に寄与します。埋め込み型メタルメッシュは、極めて重要な自己平滑性、機械的安定性、高い耐耐熱ストレス、柔軟な基板への強力な密着性、ならびに水分、酸素、化学物質に対する耐性などの多くの利点を提供します。本プロセスでは、溶液ベースの電気めっきによる金属堆積を用います。これは、量産や低コスト生産など、高スループットを追求するのに適した簡便な手法です。私のグループは、自作の電子ビームリソグラフィーシステムを用いて400ナノメートルのメタルメッシュをパターニングし、メタルメッシュ作製プロセスの寸法安定性を検証することで、Wendy Lee博士のグループを支援しました。アシスタントのXiong Zeが、電子ビームパターニングのプロセスを実演します。EMTEの作製を開始するために、3 cm × 3 cmのフローリンドープ酸化スズ（FTO）コートガラスを、液体洗剤と綿棒で洗浄します。ガラス基板を脱イオン水で十分にすすぎ、別の綿棒で洗剤の残りを除去します。FTOガラスをイソプロパノールに入れ、40 kHzで30秒間超音波洗浄します。次に、洗浄したガラスを圧縮空気で乾燥させます。続いて、洗浄し乾燥させたFTOガラスをスピンコーターにセットし、ポジ型フォトレジストを100 µL滴下します。4,000 RPMで60秒間スピンコートし、厚さ1.8 µmの薄膜を形成します。コーティングしたガラスを100 °Cで50秒間焼き付けます。コーティングしたガラスをメッシュパターンのマスクで覆い、20 mJ/cm²の放射フルエンスに達するまで十分なUV光をフォトレジストに照射します。その後、コーティングしたガラスを適切な現像液に50秒間浸漬し、露光されたフォトレジストを除去します。サンプルを脱イオン水ですすぎ、圧縮空気の気流で乾燥させます。次に、250 mLのビーカーに100 mLの銅電解メッキ液を入れます。サンプルをメッキ液に浸します。それを2電極電析装置の負極に接続します。次に、銅棒を装置の正極に接続します。5 mAの定電流を15分間流し、電流密度3 mA/cm²で、試料上に厚さ1.5 µmの銅層を析出させます。クロケーティングは、作製における極めて重要な工程です。電流密度と電気めっき時間は、金属メッシュの形態および最終的な性能に影響するため、各自のサンプルを用いて試験および最適化を行う必要があります。電気めっきしたサンプルを脱イオン水で十分に洗浄し、圧縮空気の流れで乾燥させてください。サンプルをアセトンに5分間浸し、残ったフォトレジストを溶解させて、FTOガラス表面に金属メッシュのみが残るようにします。脱イオン水で洗浄し、圧縮空気でサンプルを乾燥させます。次に、金属メッシュを上にして、サンプルを油圧プレスのプラテンの上に配置します。ガラス転移点78 °Cの厚さ100 µmの環状オレフィン共重合体フィルムでサンプルを覆います。プラテンを100 °Cまで加熱し、次に15 mPaのインプリント圧力をサンプルに5分間印加します。インプリント圧力を解除する前に、プラテンを40 °Cまで冷却します。インプリント転写工程において、圧力と温度は極めて重要な関心事です。完全な転写が行われるよう、インプリントによる圧力が均一で、かつ十分に高いことを確認してください。温度は、基材のガラス転移点よりも約 20 度高く設定する必要があります。ポリマーフィルムに埋め込まれたメッシュをFTOガラス表面から慎重に剥がし、EMTEを得ます。サブミクロンEMTEの作製を開始するには、3 cm × 3 cmのFTOガラス片を液体洗剤と脱イオン水で洗浄し、続いてイソプロパノール中で超音波洗浄を行います。洗浄し乾燥させたFTOガラスをスピンコーターにセットし、100 µLの4 wt% PMMA/アナストール溶液を塗布します。ガラスを2500 RPMで60秒間スピンコートし、厚さ150 nanometerの薄膜を形成します。この膜を170 degrees Celsiusで30分間ベイクした後、電子ビームリソグラフィーシステムを起動し、パターンジェネレーターでメッシュパターンを作成します。サンプルを電子ビームリソグラフィーシステムに設置し、パターニング工程を実行します。メチルイソプロピルケトンとイソプロパノールの1:3混合液に60秒間浸漬し、PMMAを現像します。パターン形成したサンプルを脱イオン水で洗浄し、圧縮空気気流下で乾燥させます。次に、パターン形成したサンプルを銅電解メッキ液に入れ、2電極電析装置の負極にサンプルを接続します。正極を銅製の金属バーに接続します。定電流を印加し、電流密度 3 mA/cm² で 2 分間処理することで、試料上に 200 nm の銅を電析させます。試料を脱イオン水で洗浄し、アセトンに 5 分間浸漬して PMMA を溶解させます。次に、サンプルを油圧プレスのプラテン上に配置します。ガラス転移温度が78 °Cの厚さ100 micronの環状オレフィン共重合体フィルムでサンプルを覆います。プラテンを100 °Cに加熱し、15 millipascalsの転写圧力を5分間加えます。圧力を解放する前に、プラテンを40 °Cまで冷却します。FTOガラスからフィルムを慎重に剥がし、サブミクロンEMTEを得ます。シート抵抗測定を開始するには、まずEMTEの反対側のエッジに銀ペーストを塗布し、ペーストを乾燥させます。デバイス製造元の指示に従い、シート抵抗測定装置の4つのプローブをシルバーペーストのライン上に配置します。シート抵抗を測定し、記録してください。光透過率測定を行うには、まず、透過率100%に設定し校正済みのUV-vis分光光度計のサンプルホルダーにEMTEを設置します。サンプルをビームに対して垂直に配置します。EMTEの透過スペクトルを取得し、電極透過性を評価します。電極特性に対するグリッド形状の影響を評価するため、さまざまなグリッドパターンを用いて銅製EMTEを作製しました。550ナノメートルにおける銅EMTEの電気伝導度と光学伝導度の比は1.5 × 10⁴を超えました。メッシュが厚くなるほど、光学透過率およびシート抵抗は低下しました。また、ピッチが大きくなるほど、シート抵抗および透過率は上昇しました。50 µmピッチのメッシュを用いて、さまざまな金属でEMTEを作製したところ、すべてにおいて平坦で特徴のない透過スペクトルが得られました。メッシュの厚さと透過率の間に同様の関係があるため、メッシュの形状と組成を調整することで、透過率とシート抵抗をまず制御することが可能です。銅製EMTEのシート抵抗について、圧縮および引張曲げ試験を用いて評価を行いました。4 mmおよび5 mmの圧縮曲げ試験では、有意な変化は観察されませんでした。引張曲げ試験では、シート抵抗が徐々に増加しました。水、イソプロパノール、または高温高湿環境に24時間曝露しても、劣化およびシート抵抗の変化は観察されませんでした。新入学生であっても、数日でこの技術を習得することが可能です。一度習得すれば、作製プロセス全体を2〜3時間で完了させることができ、装置を準備できます。この手法は、スケーラブルな溶液プロセス作製法を用いて、柔軟な基板に埋め込まれた自己固定型高アスペクト比マイクロメタルメッシュのような、新規のマイクロ・ナノ構造デバイスを開発するための道を開くものです。タッチパネル、変位センサ、太陽電池などの多くのアプリケーションにおいて、当社の高性能な組み込みメタルメッシュ透明電極を活用することができます。このビデオを視聴することで、この溶液ベースの作製プロセスを用いてメタルメッシュ透明電極を製造する方法について十分に理解できるはずです。ご視聴ありがとうございました。共同研究のお問い合わせをお待ちしております。

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Engineering

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マイクロ流体チャネルベースのソフト電極とその静電容量式圧力センシングへの応用

スプレーコーティングを使用して高トランスコンダクタンスメラニン/...

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