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

Ogólnym celem tej procedury jest zastosowanie procesu produkcyjnego opartego na roztworze, który łączy litografię, osadzanie elektryczne i przenoszenie odcisku w celu wytworzenia wysokowydajnej, elastycznej, przezroczystej warstwy przewodzącej z samozakotwiczalną, w pełni osadzoną siatką mikrometalową. Siatka ta może pomóc w rozwiązaniu kluczowych wyzwań stojących przed przyszłymi elastycznymi urządzeniami elektronicznymi opartymi na metalowej siatce, takich jak typografia o niepłaskich powierzchniach, niska wydajność produkcyjna i wysokie koszty produkcji. Wbudowana metalowa siatka zapewnia kilka zalet, takich jak kluczowa gładkość, stabilność mechaniczna i wysokie naprężenia związane z paleniem, silna przyczepność do elastycznego podłoża oraz odporność na wilgoć, tlen i chemikalia.

Nasz proces umieści to poprzez oparcie osadzania metalu na osadzaniu elektrycznym w roztworze i jest prosty w dążeniu do wysokiej przepustowości, takiej jak produkcja objętościowa i niskokosztowa. Moja grupa pomogła grupie dr Wendy Lee przetestować stabilność wymiarową procesu produkcji siatki metalowej poprzez modelowanie 400-nanometrowej siatki metalowej za pomocą naszego domowego systemu litografii wiązką elektromagnetyczną. Mój asystent Xiong Ze zamierza zademonstrować proces tworzenia wzorców wiązki elektrycznej.

Aby rozpocząć produkcję EMTE, wyczyść kawałek szkła pokrytego tlenkiem cyny o wymiarach trzy centymetry na trzy centymetry za pomocą płynnego detergentu i bawełnianego wacika o wymiarach trzy centymetry na trzy centymetry za pomocą detergentu w płynie i bawełnianego wacika. Dokładnie spłucz szklane podłoże wodą dejonizowaną i usuń ślady detergentu innym wacikiem. Sonikować szkło FTO w izopropanolu przez 30 sekund przy 40 kilohercach.

Następnie osusz czystą szklankę sprężonym powietrzem. Następnie umieść czyste, suche szkło FTO w wirówce i nałóż 100 mikrolitrów dodatniego fotorezystu. Wiruj szkło z prędkością 4 000 obr./min przez 60 sekund, aby uzyskać film o grubości 1,8 mikrona.

Piecz szkło powlekane w temperaturze 100 stopni Celsjusza przez 50 sekund. Przykryj powlekane szkło maską z wzorem siatki i wystaw fotorowistek na działanie wystarczającej ilości światła UV, aby uzyskać fluencję promieniowania 20 milidżuli na centymetr kwadratowy. Następnie zanurz powlekane szkło w odpowiednim wywoływaczu na 50 sekund, aby usunąć odsłonięty fotorezyst

Przepłukać próbkę w wodzie dejonizowanej i wysuszyć ją pod strumieniem sprężonego powietrza. Następnie umieść 100 mililitrów roztworu galwanicznego do powlekania miedzi w zlewce o pojemności 250 mililitrów. Zanurzyć próbkę w roztworze galwanicznym.

I podłącz go do ujemnego zacisku dwuelektrodowego aparatu do elektroosadzania. Następnie podłącz miedziany metalowy pręt do dodatniego zacisku urządzenia. Zastosuj stały prąd o natężeniu pięciu miliamperów, aby osiągnąć gęstość prądu wynoszącą trzy miliampery na centymetr kwadratowy przez 15 minut, aby nałożyć na próbkę warstwę miedzi o grubości 1,5 mikrona.

Krokiet jest krytycznym krokiem w produkcji. Gęstość prądu i czas galwanizacji mają wpływ na morfologię siatki metalowej i końcową wydajność, i powinny być testowane i optymalizowane na własnych próbkach. Dokładnie spłucz galwaniczną próbkę wodą dejonizowaną i wysusz ją pod strumieniem sprężonego powietrza.

Zanurz próbkę w acetonie na pięć minut, aby rozpuścić pozostały fotorezystor i pozostawić gołą metalową siatkę na powierzchni szkła FTO. Przepłukać i osuszyć próbkę wodą dejonizowaną i sprężonym powietrzem. Następnie umieść próbkę na płycie prasy hydraulicznej metalową siatką skierowaną do góry.

Przykryj próbkę cykliczną folią z kopolimeru olefiny o grubości 100 mikronów o temperaturze zeszklenia 78 stopni Celsjusza. Podgrzej płyty dociskowe do 100 stopni Celsjusza, a następnie wywieraj 15 milipaskali nacisku na próbkę przez pięć minut. Pociągnij płyty dociskowe do 40 stopni Celsjusza przed zwolnieniem nacisku nadruku.

Ciśnienie i temperatura są ważnymi głównymi interesami na etapie przenoszenia odcisku. Upewnij się, że odcisk i nacisk są jednolite i wystarczająco wysokie, aby zapewnić pełne przeniesienie. Temperatura powinna być o około 20 stopni wyższa niż temperatura zeszklenia materiału podłoża.

Ostrożnie oderwij folię polimerową z osadzoną siatką od powierzchni szkła FTO, aby uzyskać EMTE. Aby rozpocząć przygotowywanie submikronowego EMTE, wyczyść kawałek szkła FTO o wymiarach trzy centymetry na trzy centymetry płynnym detergentem i wodą dejonizowaną, a następnie poddaj sonikacji w izopropanolu. Umieść czyste, suche szkło FTO w wirówce i nałóż 100 mikrolitrów 4% wagowo PMMA w anastolu.

Wiruj szkło z prędkością 2500 obr./min przez 60 sekund, aby uzyskać folię o grubości 150 nanometrów. Piecz folię w temperaturze 170 stopni Celsjusza przez 30 minut, a następnie uruchom system litografii wiązką elektronów i przygotuj wzór siatki za pomocą generatora wzorów. Umieść próbkę w systemie litografii wiązką elektronów i uruchom proces modelowania.

Wytworzyć PMMA przez zanurzenie w mieszaninie jednego do trzech metylo-izopropylo-ketonu i izopropanolu na 60 sekund. Przepłukać wzorzystą próbkę wodą dejonizowaną i wysuszyć ją pod strumieniem sprężonego powietrza. Następnie umieść wzorzystą próbkę w roztworze do galwanizacji miedzi i podłącz próbkę do ujemnego zacisku dwuelektrodowego aparatu do elektroosadzania.

Podłącz dodatni zacisk do miedzianego, metalowego pręta. Zastosuj stały prąd, aby osiągnąć gęstość prądu trzech miliamperów na centymetr kwadratowy przez dwie minuty, aby pokryć próbkę 200 nanometrami miedzi. Przepłukać próbkę wodą dejonizowaną i zanurzyć próbkę w acetonie na pięć minut w celu rozpuszczenia PMMA.

Następnie umieść próbkę na płycie prasy hydraulicznej. Przykryj próbkę cykliczną folią z kopolimeru olefin o grubości 100 mikronów o temperaturze zeszklenia 78 stopni Celsjusza. Podgrzej płyty dociskowe do 100 stopni Celsjusza i wywieraj 15 milipaskali nacisku przez pięć minut.

Schłodzić płyty dociskowe do 40 stopni Celsjusza przed zwolnieniem ciśnienia. Ostrożnie oderwij folię od szkła FTO, aby uzyskać submikronowy EMTE. Aby rozpocząć pomiary rezystancji arkusza, najpierw rozprowadź srebro na przeciwległych krawędziach EMTE i pozostaw pastę do wyschnięcia.

Umieść cztery sondy urządzenia do pomiaru rezystancji arkusza na liniach pasty srebrnej zgodnie z instrukcjami producenta urządzenia. Zmierz i zapisz rezystancję arkusza. Aby wykonać pomiary transmisji optycznej, najpierw umieść EMTE na uchwycie próbki skalibrowanego spektrofotometru UV vis ustawionego na 100% przepuszczalność.

Ustaw próbkę prostopadle do belki. Uzyskaj widmo transmisyjne EMTE, aby ocenić elektroprzezroczystość. Miedziane EMTE wyprodukowano z różnymi wzorami siatki, aby ocenić wpływ geometrii siatki na właściwości elektrody.

Stosunek przewodności elektrycznej do przewodności optycznej dla miedzianych EMTE przy 550 nanometrach wynosił ponad 1,5 razy 10 do czwartego. Grubsze oczka odpowiadały niższej przepuszczalności optycznej i rezystancji blachy. Większe podziałki odpowiadały większej wytrzymałości blachy i przepuszczalności.

EMTE zostały wytworzone z różnych metali przy użyciu siatki o podziałce 50 mikronów, z których wszystkie wykazywały płaskie, pozbawione cech charakterystycznych widma transmitancji. Przy tej samej zależności między grubością siatki a przepuszczalnością, przepuszczalność i rezystancję blachy można najpierw dostroić, dostosowując geometrię i skład siatki. Wytrzymałość blachy miedzianych EMTE oceniono w odniesieniu do prób zginania przy ściskaniu i rozciąganiu.

Nie zaobserwowano istotnych zmian w testach zginania przy ściskaniu na cztery milimetry i pięć milimetrów. Wytrzymałość blachy jest stopniowo zwiększana za pomocą prób zginania przy rozciąganiu. Nie zaobserwowano degradacji i odporności arkusza w ciągu 24 godzin ekspozycji na izopropanol wodny lub gorącą i wilgotną atmosferę.

Nowi uczniowie mogą nauczyć się tej techniki w ciągu kilku dni. Po opanowaniu cały proces produkcji można wykonać w ciągu dwóch do trzech godzin, a sprzęt jest gotowy. Technika ta toruje drogę do wykorzystania skalowalnych metod wytwarzania procesów rozwiązywania w celu opracowania nowatorskich urządzeń mikro i nanostrukturalnych, takich jak nasza samozakotwiczona mikrosiatka o wysokim współczynniku kształtu, osadzona w elastycznym podłożu.

Wiele zastosowań, takich jak panele dotykowe, czujniki przemieszczenia i ogniwa słoneczne, może skorzystać z naszych wysokowydajnych, wbudowanych przezroczystych elektrod z metalową siatką. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak wykorzystać ten proces produkcyjny oparty na rozwiązaniach do produkcji przezroczystych elementów rzeczywistych z siatki metalowej. Dziękujemy za oglądanie, jesteśmy otwarci na współpracę.