Method Article

Skalowalna strategia produkcji oparta na roztworze dla wysokowydajnych, elastycznych i przezroczystych elektrod z wbudowaną metalową siatką

DOI:

10.3791/56019

⸱

June 23rd, 2017

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Mechanical Engineering, University of Hong Kong, 2Department of Mechanical Engineering, University of Michigan, 3Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of Michigan, 4Department of Chemistry, University of Hong Kong, 5HKU-Shenzhen Institute of Research and Innovation

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten protokół opisuje strategię produkcji opartą na rozwiązaniach dla wysokowydajnych, elastycznych, przezroczystych elektrod z w pełni wbudowaną, grubą metalową siatką. Elastyczne przezroczyste elektrody wytwarzane w tym procesie wykazują jedne z najwyższych zgłoszonych parametrów, w tym bardzo niską rezystancję arkusza, wysoką przepuszczalność optyczną, stabilność mechaniczną przy zginaniu, silną przyczepność podłoża, gładkość powierzchni i stabilność środowiskową.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tutaj autorzy opisują wbudowaną przezroczystą elektrodę z metalową siatką (EMTE), nową przezroczystą elektrodę (TE) z metalową siatką całkowicie zanurzoną w folii polimerowej. W artykule przedstawiono również tanią, bezpróżniową metodę wytwarzania tego nowatorskiego TE; podejście to łączy litografię, galwanizację i przetwarzanie transferu nadruku (LEIT). Wbudowany charakter EMTE oferuje wiele korzyści, takich jak wysoka gładkość powierzchni, która jest niezbędna do produkcji organicznych urządzeń elektronicznych; doskonała stabilność mechaniczna podczas gięcia; korzystna odporność na chemikalia i wilgoć; i silna przyczepność do folii z tworzywa sztucznego. Produkcja LEIT charakteryzuje się procesem galwanizacji do osadzania metalu bez próżni i jest korzystna dla masowej produkcji przemysłowej. Co więcej, LEIT pozwala na wytwarzanie siatki metalowej o wysokim współczynniku kształtu (tj. grubości do szerokości linii), znacznie poprawiając jej przewodność elektryczną bez niekorzystnej utraty przepuszczalności optycznej. Pokazaliśmy kilka prototypów elastycznych EMTE, o rezystancji arkuszy niższych niż 1 Ω/kw. i przepuszczalności większej niż 90%, co skutkuje bardzo wysokimi wartościami wartości (FoM) – do 1,5 x 104 – które należą do najlepszych wartości w opublikowanej literaturze.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Na całym świecie prowadzone są badania mające na celu poszukiwanie zamienników dla sztywnych przezroczystych tlenków przewodzących (TCO), takich jak tlenek indu i tlenek cyny domieszkowany fluorem (FTO), w celu wytworzenia elastycznych/rozciągliwych TE, które będą używane w przyszłych elastycznych/rozciągliwych urządzeniach optoelektronicznych1. Wymaga to stosowania nowych materiałów z nowymi metodami wytwarzania.

Nanomateriały, takie jak grafen2, polimery przewodzące3,4, nanorurki węglowe5, oraz losowe sieci na....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

UWAGA: Proszę zwrócić uwagę na bezpieczeństwo wiązki elektronów. Prosimy o noszenie odpowiednich okularów i ubrań ochronnych. Należy również ostrożnie obchodzić się ze wszystkimi łatwopalnymi rozpuszczalnikami i roztworami.

1. Produkcja EMTE oparta na fotolitografii

  1. Fotolitografia do wytwarzania wzoru siatki.
    1. Podłoża szklane FTO (3 cm x 3 cm) wyczyść płynnym detergentem za pomocą bawełnianego wacika. Dokładnie spłucz je wodą dejonizowaną (DI) za pomocą czystego bawełnianego wacika. Następnie wyczyść je za pomocą ultradźwięków (częstotliwość = 40 kHz, temperatura = 25 °C) w alkoholu izopropylowym (IPA....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Rysunek 1 przedstawia schemat i schemat produkcyjny próbek EMTE. Jak pokazano w Rysunek 1a, EMTE składa się z metalowej siatki całkowicie zanurzonej w folii polimerowej. Górna powierzchnia siatki znajduje się na tym samym poziomie co podłoże, co zapewnia ogólnie gładką platformę do późniejszej produkcji urządzeń. Technika wytwarzania jest schematycznie wyjaśniona w Rysunek 1b-e. Po przędzeniu .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nasza metoda produkcji może być dalej modyfikowana, aby umożliwić skalowalność rozmiarów i obszarów elementów próbki oraz użycie różnych materiałów. Udane wytworzenie miedzianych EMTE o szerokości linii submikrometrowej (rysunek 3a-3c) przy użyciu EBL dowodzi, że struktura EMTE i kluczowe etapy wytwarzania LEIT, w tym galwanizacja i transfer odcisku, mogą być niezawodnie skalowane w dół do zakresu submikrometrowego. Podobnie, inne procesy litografii wielkopowierzchniowej, takie jak fotol.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ta praca była częściowo wspierana przez Ogólny Fundusz Badawczy Rady ds. Grantów Badawczych Specjalnego Regionu Administracyjnego Hongkongu (Nagroda nr 17246116), Program Młodych Naukowców Narodowej Fundacji Nauk Przyrodniczych Chin (61306123), Program Badań Podstawowych-Ogólny Program Komisji ds. Innowacji Naukowych i Technologicznych Gminy Shenzhen (JCYJ20140903112959959) oraz Kluczowy Program Badawczo-Rozwojowy z Prowincji Zhejiang Wydział Nauki i Technologii (2017C01058). Autorzy pragną podziękować Y.-T. Huang i S. P. Feng za pomoc w pomiarach optycznych.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
AcetonSigma-AldrichW332615Wysoce łatwopalny
izopropanolSigma-Aldrich190764Wysoce łatwopalne
podłoża szklane FTOPołudniowe Chiny Xiang S& T, Chiny
PhotoresistClariant, Szwajcaria54611L11AZ 1500 Dodatnia odporność na tony (20cP)
UV Mask AlignerChińska Akademia Nauk, ChinyURE-2000/35
Deweloper fotorezystuClariant, Szwajcaria184411AZ 300 MIF Developer
Cu, Ag, Au, Ni i Zn Rozwiązania galwaniczneCaswell, Stany ZjednoczoneGotowe do użycia roztwory (PLUG N' PLATE)
Keithley 2400 SourceMeterKeithley, USA41J2103
COC Folie z tworzyw sztucznychTOPAS, NiemcyF13-19-1klasa 8007 (Temperatura zeszklenia: 78 & stopnie; C)
Prasa hydraulicznaSpecac Ltd., Wielka BrytaniaGS15011Z zestawem o niskim tonażu (0-1 tona)
Regulator temperaturySpecac Ltd., Wielka BrytaniaGS15515Chłodzone wodą podgrzewane płyty i sterownik
Agregatychłodnicze Grant, Wielka BrytaniaT100-ST5
Polimetakrylan metylu (PMMA)Sigma-Aldrich200336
AnisoleSigma-Aldrich96109Wysoce łatwopalny
zestaw EBLPhilips, HolandiaFEI XL30Skaningowy mikroskop elektronowy wyposażony w generator wzorców JC Nabity   
Keton izopropylowySigma-Aldrich108-10-1
Pasta srebrnaTed Pella, Inc, USA16031
UV– Spektrometr VisPerkin Elmer, Stany ZjednoczoneL950

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Hecht, D. S., Hu, L., Irvin, G. Emerging Transparent Electrodes Based on Thin Films of Carbon Nanotubes, Graphene, and Metallic Nanostructures. Adv Mater. 23 (13), 1482-1513 (2011).
  2. Bonaccorso, F., Sun, Z., Hasan, T., Ferrari, A. C. Graphene photonics and optoelectronics. Nat Photonics. 4 (9), 61....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Embedded Metal MeshTransparent ElectrodeSolution ProcessingLithography Electroplating Imprint TransferElectroplating ProcessMetal Mesh FabricationFlexible Transparent ElectrodesHigh Aspect Ratio MeshSheet Resistance MeasurementOptical Transmittance Analysis

Related Articles