基于微尺度3D打印技術(shù)的柔性透明電極制造技術(shù)

作者：李家欣，賀健康
單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家實(shí)驗(yàn)室　

具有嵌入式金屬網(wǎng)的柔性透明電極（FTE）由于其出色的光電性能，表面粗糙度和機(jī)械和環(huán)境穩(wěn)定性，為被認(rèn)為是傳統(tǒng)的導(dǎo)電銦錫氧化物（ITO）的有力替代品。但是，現(xiàn)有光刻及電鍍等傳統(tǒng)制造工藝具有工藝復(fù)雜，污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)嵌入式金屬網(wǎng)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)高效且環(huán)保的制造仍然存在巨大的挑戰(zhàn)。最近，青島理工大學(xué)提出了一種結(jié)合電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)3D打印和熱壓印的方法來制造嵌入式銀網(wǎng)電極，該方法可以高效經(jīng)濟(jì)地制備高性能的柔性透明電極。

圖1 制造方法示意圖

研究中，具有嵌入式金屬網(wǎng)的柔性透明電極的制造主要分為兩步，首先，使用電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)3D 打印工藝，通過在擠出式噴頭處施加高壓電場(chǎng)，使打印纖維在電場(chǎng)的作用下變細(xì)，打印制造數(shù)微米寬的高精度銀網(wǎng)，然后使用滾筒輔助混合熱壓工藝將銀網(wǎng)嵌入熱塑性柔性透明基板中，以獲得最終的柔性透明電極。

圖2 柔性嵌入式透明電極

圖3 不同打印層數(shù)的柔性嵌入式透明電極微觀截面

最終制造的柔性透明電極透光率高（85.79％），電阻小（0.75Ωsq-1）且表面光滑，具有出色的光電性能。在各種循環(huán)測(cè)試和惡劣工作條件下，如經(jīng)過1000次彎曲循環(huán)、80次附著力測(cè)試、120次刮擦測(cè)試、100分鐘超聲波測(cè)試和72小時(shí)的化學(xué)腐蝕等測(cè)試后，柔性電極的電阻幾乎沒有增加，具有優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性及環(huán)境適應(yīng)性。

參考文獻(xiàn)：
Zhu, X., Liu, M., Qi, X., Li, H., Zhang, Y. F., Li, Z., Peng, Z., Yang, J., Qian, L., Xu, Q., Gou, N., He, J., Li, D., & Lan, H. (2021). Templateless , Plating-Free Fabrication of Flexible Transparent Electrodes with Embedded Silver Mesh by Electric-Field-Driven Microscale 3D printing and Hybrid Hot Embossing. Advanced Materials, 2007772, 1–10. https://doi.org/10.1002/adma.202007772