[发明专利]一种实现透明可拉伸电极超高精度图案化的方法

说明书

本发明公开了一种实现透明可拉伸电极超高精度图案化的方法。该方法包括衬底自组装修饰；在修饰过的衬底上制备透明的PEDOT:PSS/SWCNTs复合电极；复合导电薄膜通过光刻实现图案化；氧等离子体刻蚀；衬底再次修饰；旋涂透明的弹性聚合物和聚合物的固化；将透明可拉伸电极从衬底上剥离等步骤。该方法采用全溶液法，实现了透明可拉伸导电薄膜的制备及其图案化；操作简单，成本低；可拉伸电极图案化精确度高，可以实现复杂图案，满足其在不同电子领域上的应用需求。

技术领域

本发明为电子材料领域，涉及一种实现透明可拉伸电极超高精度图案化的方法。

背景技术

随着科技不断进步，人们对电子产品的要求不断提高，增强现实技术(AugmentedReality，简称AR)(Adv.Mater.2017,29,1603473)、物联网(Internet of things)等概念的提出更是给予了人们对未来生活更多的想象空间。其中，透明可拉伸的电子产品(Science2017,355,aah4496)不但不会影响人们视觉效果，而且能够在形变情况下正常运行，这极大地推动了创新型电子产品的发展。而作为可拉伸透明电子产品的重要组成部分，实现透明可拉伸电极微图案化是至关重要的。

实现电极的可拉伸性主要可通过结构可拉伸和纳米材料复合两种方式来实现。对于结构可拉伸来说，通常采用波浪结构(Nat.Nanotechnol.2011,6,788–792；Small 2014,10,3443–3460)、“剪纸”技术(Nat.Mater.2015,14,785–789)、裂痕路径(Adv.Mater.2013,25,3117–3121)等方式来实现非弹性物质的可拉伸性，但是制备工艺相对复杂，难以实现器件的高集成度，而且这些非共面结构也不利于应用到对界面有要求的器件当中。而对于复合材料来说，工艺相对简单，操作也更为方便，有利于实现器件的高集成度。目前，已有课题组致力于研究开发透明可拉伸电极，通常采用将PEDOT:PSS(Sci.Adv.2017,3,e1602076；Adv.Mater.2016,28,502–509)、SWCNTs(Adv.Mater.2016,28,4441–4448)、银纳米线(Nat.Commun.2015,6,7647；Adv.Mater.2016,28,5986–5996)等导电材料与弹性聚合物相结合来实现的，而对于这些材料的图案化方式则采用掩膜刻蚀、喷墨打印或丝网印刷来实现的，图案化精度为几十微米，甚至上百微米的量级。相比于打印法，传统的光刻法已在工业化生产中得到广泛应用，且具有高精度特点。高精度的图案化则直接影响器件的集成度以及分辨率。

虽然光刻法具有高精度的优势，但是与可拉伸复合电极相兼容却是十分困难的，目前也没有相关报道。这主要是由于在光刻过程中会引入其他溶剂，对复合电极中的弹性聚合物产生一定的破坏作用。在弹性聚合物表面上直接采用光刻法同样面临上述问题。对于单壁碳纳米管来说，目前已经可以通过光刻法在刚性或柔性衬底上实现高精细度的图案化，但是却因衬底没有弹性限制了其本身的可拉伸性。由于碳管弱的附着力，因此在图案化前会对衬底进行预处理来增加碳管与衬底之间的作用力，这也导致弹性聚合物很难将碳管从衬底上进行完整转移。因此实现高精度的透明可拉伸电极虽然是十分重要，但也困难重重。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现透明可拉伸电极超高精度图案化的方法。

本发明提供了一种PEDOT：PSS/SWCNTs复合电极，该复合电极由PEDOT:PSS导电薄膜和位于所述PEDOT:PSS导电薄膜上的SWCNTs层组成；

所述PEDOT代表聚3，4-乙烯二氧噻吩；

PSS代表聚苯乙烯磺酸钠；

所述SWCNTs代表单壁碳纳米管。

上述复合电极中，所述PEDOT:PSS可从各种公开途径获得，具体可购自Heraeus公司，产品编号为CLEVIOS PH 1000。

所述PEDOT:PSS导电薄膜的厚度为12-15nm；