CN105898987A - 一种纳米级柔性透明电路及其制备工艺 - Google Patents

一种纳米级柔性透明电路及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种纳米级柔性透明电路及其制备方法，由PET基底、UV光固化树脂和纳米银浆构成，所述的UV光固化树脂铺设在所述的PET基底上，所述的纳米银浆填充于所述的UV光固化树脂的结构间隙中。与现有技术相比，本发明结构简单，设计合理，采用阳极氧化铝的加工工艺制作纳米辊压的模板，使得树脂结构的制备效率高，成本低，并且突破了使用传统的机加工无法生产纳米结构的限制，可以快速制备阵列排布的纳米结构，且满足成本低，快速、大面积、高分辨率、高通量的商业化需求。

Description

一种纳米级柔性透明电路及其制备工艺
技术领域
本发明属于显示技术领域，尤其是涉及一种纳米级柔性透明电路及其制备工艺。
背景技术
由柔性材料制成的柔性显示器弥补了传统刚性显示器不可变型、不易携带的不足，成为显示技术领域发展的一大方向。柔性显示器实现了可折叠易携带的功能，可以被“卷”起来放入包中，也可以折叠后塞入口袋中。同时，柔性显示器也可以被嵌入手表、眼镜等物品中成为日常可穿戴设备。目前已有的柔性电极的透明网格电路由于导线宽度较宽、相邻导线之间距离较大等原因，导电性变化对于表面的位置改变不够敏感，不能够适应显示屏灵敏准确的要求。
中国专利201110091338.9公开了一种可弯折柔性透明电子电路及其制备方法，使用该方法可在柔性电路板上印刷电路并保持可弯折透明特性，该方法通过采用化学还原法制备直径30nm长径比超过200的纳米银线，以纳米银线、环氧树脂、聚乙二醇按一定配比混合制备导电银浆，利用丝网印刷技术以导电银浆在柔性电路板上印刷厚度仅0.1mm的电路，电路具有抗弯折能力强、导电率高、透明等特性，但该发明制备的显示屏灵敏准确性不高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种透光率高、导电能力优良的纳米级柔性透明电路及其制备工艺。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种纳米级柔性透明电路，由PET基底、UV光固化树脂层和纳米银浆构成，
所述的UV光固化树脂层铺设在所述的PET基底上，该UV光固化树脂层由呈阵列排布的UV光固化树脂粒子构成，所述的纳米银浆填充于各UV光固化树脂粒子之间的间隙中。
所述的UV光固化树脂粒子为圆锥、圆台、圆柱、四棱柱或四棱锥结构，呈阵列排布在PET基底上。
所述的UV光固化树脂粒子的粒径为10～900nm，高度为50nm～2μm，相邻UV光固化树脂粒子之间形成的凹槽宽度为10～1000nm。
纳米级柔性透明电路的制备工艺，包括以下步骤：
(1)制备阳极氧化铝模板；
(2)压制树脂膜层；
(3)填充纳米银浆，即得到纳米级柔性透明电路。
步骤(1)采用阳极氧化法制作，以铝为阳极，置于0.3M的草酸溶液中进行通电处理，通电电压为40V，温度17℃。利用电解作用，在铝表面形成氧化铝薄膜，该氧化铝薄膜和未进行阳极氧化的铝组成阳极氧化铝模板。
所述的氧化铝薄膜的孔径为10～900nm，孔间距为50～900nm，孔深为30nm～5μm。
步骤(2)具体采用以下步骤：
将液态UV光固化树脂匀速滴至PET基底上，该液态UV光固化树脂随同PET基底被送至辊压工艺中的支承辊和阳极氧化铝模板的模具辊之间，受到挤压后均匀填充于模具的间隙，然后进入UV光照区域固化形成所需的树脂结构。
所述的PET基底的进给速度为0～40m/min，但不为0，辊压工艺中相邻辊间压力值为0.05～9kg/cm2，成型温度为20～60℃。
步骤(3)具体采用以下步骤：
将纳米银浆均匀滴至树脂膜层上，采用多方向刮涂方法将纳米银浆充分填充至树脂结构间隙中，再经过固化过程使银浆凝固，然后用酒精或稀硝酸溶液去除树脂膜层表面多余的银颗粒，即得到纳米级柔性透明电路，该电路中网格银线宽度为10～1000nm。
所述的纳米银浆的银颗粒直径小于100nm，银含量为10～35wt％，固化过程的温度为130～150℃，时间为25～40min。
与现有技术相比，本发明工艺简单，设计合理，相比光刻等模板制备工艺，采用阳极氧化铝工艺制作辊压的纳米模板，可以提高纳米模板的制备效率，降低成本，并且可以大面积制备纳米模板。将阳极氧化工艺制作的纳米模板应用于辊压成型，可以快速制备阵列排布的纳米结构，且满足成本低，快速、大面积、高分辨率、高通量的商业化需求。获得规则排布的纳米结构阵列后，向纳米结构阵列间隙填充银浆，即可得到纳米级线宽的柔性电路。由于纳米结构间距等于涂银之后导电银线的宽度，且树脂层结构间距较小，所以导电银线的宽度小，相邻银线之间的距离小，因此导电性能良好，透光率较高。
附图说明
图1为圆柱形树脂结构的纳米柔性透明电路俯视图；
图2为四边形树脂结构的纳米柔性透明电路俯视图；
图3为本发明制作工艺流程图；
图4为阳极氧化铝模板制作过程示意图；
图5为阳极氧化铝模板的扫描电镜图；
图6为辊压工艺示意图。
图中，110-UV光固化树脂；120-PET基底；130-纳米银浆；140-酒精；210-支承辊；220-UV光照射组件；230-阳极氧化铝模板模具辊；240-液态树脂；250-加热装置；260-刮涂装置；310-碳棒；320-电解质溶液；330-铝片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种纳米级柔性透明电路，其结构如图1所示，由PET基底120、UV光固化树脂110和纳米银浆130构成，UV光固化树脂层110铺设在PET基底层120上，纳米银浆130填充与树脂层110结构间隙中。UV光固化树脂110结构采用圆柱结构，圆柱直径为700nm，相邻圆柱的中心距为800nm，圆柱高度为200nm。
图3与图4分别为本发明制作的工艺流程图以及阳极氧化铝模板制作过程示意图，将铝或铝合金平板330作为阳极，碳棒310作为阴极，置于电解质溶液320中进行通电处理，利用电解作用，在铝330表面形成氧化铝薄膜，从而纳米多孔阳极氧化铝膜和没有阳极氧化的铝组成卷对卷的UV辊压模板，纳米孔的孔径为700nm，孔间距为800nm，孔深为10μm。图5为通过阳极氧化铝工艺制备的一种纳米模板的扫描电镜图。
图6为辊压工艺示意图，将制作好的阳极氧化铝模板装在模具辊230上。液态树脂240在滴胶过程中匀速滴至PET基底120上，并随着PET基底120运动到支承辊210与阳极氧化铝膜模具辊230之间。在支承辊210与阳极氧化铝膜模具辊230之间，液态树脂受到挤压，均匀填充进模具间隙。随后，当液态树脂进入UV光照区域220时，在UV光照的作用下固化成型，形成所需的树脂结构110。脱模过程中，树脂结构110附着在PET层120表面与模具辊230分离。
操作中，PET层的进给速度为30m/min，相邻辊间压力值为8kg/cm2，成型温度范围为40℃。而后将银浆均匀滴至树脂结构上，经过刮涂装置260采用多方向的刮涂方法将纳米银浆130充分填充至树脂结构110间隙中，再经过固化250过程使银浆130凝固，而后用酒精140去除树脂层表面多余的银颗粒。银颗粒直径为1nm，银含量为13％，固化温度为145℃，固化时长为30min，制作完成的纳米柔性透明网格银线宽度为100nm。
实施例2
一种纳米级柔性透明电路，其结构如图1所示，与实施例1不同之处在于，本实施例中通过平压工艺在PET层120表面铺设一层UV光固化树脂层110，最后在树脂结构的间隙中填充导电银浆130。
实施例3
一种纳米级柔性透明电路，其结构如图2所示，与实施例1大致相同，不同之处在于，本实施例中树脂结构采用四棱柱结构，四棱柱底部边长为400nm，相邻四棱柱的中心距为450nm，四棱柱高度为500nm。
实施例4
一种纳米级柔性透明电路，其结构如图2所示，与实施例3大致相同，不同之处在于，本实施例中通过平压工艺在PET层120表面铺设一层UV光固化树脂层110，最后在树脂结构的间隙中填充导电银浆130。
实施例5
一种纳米级柔性透明电路，与实施例1大致相同，不同之处在于，本实施例中，UV光固化树脂110结构为圆锥，直径为10nm，高度为50nm，相邻树脂结构之间凹槽宽度为10nm；阳极氧化铝膜纳米孔的孔径为10nm，孔间距为50nm，孔深为30nm；PET层的进给速度为10m/min，相邻辊子间压力值为0.05kg/cm2，成型温度范围为20℃；导电银浆130的银颗粒直径范围为10nm，银含量为10％，固化温度130℃，固化时长25min。制作完成的纳米柔性透明网格银线宽度范围为10nm。
实施例6
一种纳米级柔性透明电路，与实施例1大致相同，不同之处在于，本实施例中，UV光固化树脂110结构为圆台结构，底部直径900nm，高度在2μm，相邻树脂结构之间凹槽宽度1000nm；阳极氧化铝膜纳米孔的孔径范围为900nm，孔间距为900nm，孔深为5μm；PET层的进给速度为40m/min，相邻辊子间压力值为9kg/cm2，成型温度范围为60℃；导电银浆130的银颗粒直径范围为100nm，银含量为35％，固化温度150℃，固化时长40min，制作完成的纳米柔性透明网格银线宽度范围为1000nm。
实施例7
一种纳米级柔性透明电路，与实施例1大致相同，不同之处在于，本实施例中，UV光固化树脂110结构底部直径600nm，高度在1μm，相邻树脂结构之间凹槽宽度在200nm；阳极氧化铝膜纳米孔的孔径范围为300nm，孔间距为80nm，孔深为100nm；PET层的进给速度为20m/min，相邻辊子间压力值为5kg/cm2，成型温度范围为50℃；导电银浆130的银颗粒直径范围为80nm，银含量为25％，固化温度140℃，固化时长35min。制作完成的纳米柔性透明网格银线宽度范围为600nm。

Claims (10)

1.一种纳米级柔性透明电路，其特征在于，由PET基底、UV光固化树脂层和纳米银浆构成，
所述的UV光固化树脂层铺设在所述的PET基底上，该UV光固化树脂层由呈阵列排布的UV光固化树脂粒子构成，所述的纳米银浆填充于各UV光固化树脂粒子之间的间隙中。
2.根据权利要求1所述的一种纳米级柔性透明电路，其特征在于，所述的UV光固化树脂粒子为圆锥、圆台、圆柱、四棱柱或四棱锥结构，呈阵列排布在PET基底上。
3.根据权利要求2所述的一种纳米级柔性透明电路，其特征在于，所述的UV光固化树脂粒子的粒径为10～900nm，高度为50nm～2μm，相邻UV光固化树脂粒子之间形成的凹槽宽度为10～1000nm。
4.如权利要求1所述的纳米级柔性透明电路的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备阳极氧化铝模板；
(2)压制树脂膜层；
(3)填充纳米银浆，即得到纳米级柔性透明电路。
5.根据权利要求4所述的纳米级柔性透明电路的制备工艺，其特征在于，步骤(1)采用阳极氧化法制作，以铝为阳极，置于0.3M的草酸溶液中进行通电处理，控制通电电压为40V，温度17℃，利用电解作用，在铝表面形成氧化铝薄膜，该氧化铝薄膜和未进行阳极氧化的铝组成阳极氧化铝模板。
6.根据权利要求5所述的纳米级柔性透明电路的制备工艺，其特征在于，所述的氧化铝薄膜的孔径为10～900nm，孔间距为50～900nm，孔深为30nm～5μm。
7.根据权利要求4所述的纳米级柔性透明电路的制备工艺，其特征在于，步骤(2)具体采用以下步骤：
将液态UV光固化树脂匀速滴至PET基底上，该液态UV光固化树脂随同PET基底被送至辊压工艺中的支承辊和阳极氧化铝模板的模具辊之间，受到挤压后均匀填充于模具的间隙，然后进入UV光照区域固化形成所需的树脂结构。
8.根据权利要求7所述的纳米级柔性透明电路的制备工艺，其特征在于，所述的PET基底的进给速度为0～40m/min，但不为0，辊压工艺中相邻辊间压力值为0.05～9kg/cm2，成型温度为20～60℃。
9.根据权利要求4所述的纳米级柔性透明电路的制备工艺，其特征在于，步骤(3)具体采用以下步骤：
将纳米银浆均匀滴至树脂膜层上，采用多方向刮涂方法将纳米银浆充分填充至树脂结构间隙中，再经过固化过程使银浆凝固，然后用酒精或稀硝酸溶液去除树脂膜层表面多余的银颗粒，即得到纳米级柔性透明电路，该电路中网格银线宽度为10～1000nm。
10.根据权利要求9所述的纳米级柔性透明电路的制备工艺，其特征在于，所述的纳米银浆的银颗粒直径小于100nm，银含量为10～35wt％，固化过程的温度为130～150℃，时间为25～40min。
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