趙秀萍 李妍

透明導電薄膜的概述

透明導電薄膜是指在可見光范圍內具有高透光性、具有金屬一般高的導電性以及在紅外范圍內高反射性的一類薄膜，其禁帶寬度大于3ev，可見光范圍的平均透過率大于80%，并且電阻率小于0.001？/cm。日常生活中，提及透明往往聯(lián)想到水、玻璃等導電性差的物質；而對于高導電性物質，通常是金屬等一系列透明性極差的物質。透明性和導電性如矛盾一般對立統(tǒng)一的出現(xiàn)在透明導電薄膜中，這一有效的結合使得透明導電薄膜從最初的發(fā)明到近年來的發(fā)展一直得到極高的關注。

透明導電薄膜材質種類繁多，主要包括金屬膜系、金屬氧化膜系、透明氧化膜系、高分子膜系其他化合物膜系以及多層復合膜系等。在這其中金屬膜系和金屬氧化物膜系這兩種材質研究較深，使用范圍較廣。氧化銦錫是金屬氧化膜系中的代表，其在薄膜晶體管、太陽能電池透明電極以及發(fā)光顯示器等眾多領域具占有重要的組成部分，也由于其特性使得在商業(yè)領域的應用中增長了經(jīng)濟效益。但是氧化銦錫由于資源的稀缺使得制備成本高，對大量的生產(chǎn)生活的使用造成了困擾，也由于其自身的脆性限制了在柔性設備中的使用。氧化鋅基透明導電薄膜尤其是氧化鋅鋁透明導電薄膜在制備成本上大大降低，特別是其環(huán)保性、在空氣中材料性能的穩(wěn)定性強，正在逐步替代氧化銦錫。除此以外，石墨烯薄膜、碳納米等基材的薄膜也開發(fā)適用之中。

由于材質的不斷更新，薄膜的厚度在不斷變薄，但是對于透明導電薄膜其導電性能不可忽視。因此，具有一定網(wǎng)格形狀透明導電薄膜，其網(wǎng)格形狀的設計需要通過實驗進一步探究。

透明導電薄膜的常用制備方法

當前制備透明導電薄膜的方法主要有溶膠一凝膠法、化學氣相沉積、真空蒸發(fā)沉積、磁控濺射法、噴霧熱解法等多種方法，其中制備氧化銦錫中經(jīng)濟效益較好的有溶膠—凝膠法、磁控濺射法等。

本文主要針對以聚對苯二甲酸乙二醇酯基質，其上的金屬網(wǎng)格是通過納米壓印光刻技術完成的，除此之外還可以選擇噴墨印刷、絲網(wǎng)印刷來完成金屬網(wǎng)格的印刷。在利用透明導電薄膜性能時，金屬網(wǎng)格的印刷極為關鍵。對于金屬網(wǎng)格的印刷一方面要探究其網(wǎng)格形狀對于金屬的網(wǎng)格的影響，另一方面還要考慮印刷網(wǎng)格形狀時對于其導電性的影響。

透明導電薄膜印刷設計

1.印刷工藝參數(shù)的選擇

①網(wǎng)紋輥的線數(shù)選擇

在通過柔印方式印刷透明導電薄膜中，網(wǎng)紋輥的線數(shù)選擇與金屬網(wǎng)格的垂直方向和水平方向印刷的導電線的電阻選擇有關。綜合以上考慮，300線/英寸的網(wǎng)紋輥，其樣本具有更好的性能從而在生產(chǎn)實踐中被廣泛的使用。

②印刷壓力參數(shù)的選擇

金屬網(wǎng)格的印刷壓力參數(shù)是根據(jù)沿水平方向的直線進行探究的。通過結合金屬網(wǎng)格線在最佳燒結溫度以及燒結時間的確定，我們可以得知金屬網(wǎng)格線最佳的燒結溫度為120℃以及最佳的燒結時間為30分鐘。根據(jù)透明導電薄膜在不同印刷壓力下，導電率的不同從而可以進一步確認印刷中的最佳印刷壓力。通過分別測試在100N、125N和150N三種印刷壓力下的導電線的電阻值，得出在150N時印刷壓力時導電線的阻值低于其他二者，因此印刷最佳壓力應為150N。

2.金屬網(wǎng)格形狀的設計及理論分析

①透明導電薄膜的金屬網(wǎng)格的導電性是有復雜的串并聯(lián)結構和大面積的網(wǎng)絡結構來決定的，因此導電性能不僅與串并聯(lián)結構密切相關更與網(wǎng)格數(shù)目的多少休戚相關。針對金屬網(wǎng)格的形狀主要討論三角形、四邊形以及六邊形的網(wǎng)格形狀。通過將以上三種形狀的網(wǎng)格統(tǒng)一邊長的方法，可以得出六邊形的金屬網(wǎng)格的透光性高，而三角形金屬網(wǎng)格的透光性最低。因此，可以進一步得出透光率和網(wǎng)格形狀的面積與邊長的比值有關。即面積與邊長比值越高的形狀，即六邊形金屬網(wǎng)格，透光性能越好，滿足透明導電薄膜的較好的透光性能。

在考慮邊長的同時應考慮到增加線寬時，不同金屬網(wǎng)格形狀之間的透光率變化。對于不同類型的網(wǎng)格形狀，透光率下降速度不同，然而六邊形網(wǎng)格線寬度隨著增加而透光率下降的緩慢?？梢钥闯?，這一特點對生產(chǎn)過程中的適宜性利益。

因此，無論是從邊長的變化還是線寬的變化，六邊形金屬網(wǎng)格相比于三角形和四邊形都具有顯著的優(yōu)勢。

②網(wǎng)格模設計

為了避免透明導電薄膜中由于基本網(wǎng)格數(shù)目引起的透光性能和導電性能的變化，因此，網(wǎng)格膜設計為2cm×2cm。在相同的透光率下，六邊形的網(wǎng)格的線長度是最短的，這種現(xiàn)象說明了降低整體的電阻六邊形是最合適的形狀。

3.透明導電薄膜制作

在實際印刷中，三種網(wǎng)格形狀在線寬上有不同程度的增加，尤其在54微米的時候有一個顯著的增加。因此，實際三種網(wǎng)格形狀的透光性應低于理論值。在三種網(wǎng)格薄膜中，六邊形的金屬網(wǎng)格具有較小的電阻值，三角形具有較高的電阻值，四邊形的電阻值處于中間。

在透明導電薄膜中，透光性能和導電性能是其基本衡量參數(shù)。因此，為了進一步綜合探究透明導電薄膜性能，我們引入品質因數(shù)Q，將其定義為透光率和電阻值之比。根據(jù)實驗，我們可以得到六邊形金屬網(wǎng)格的品質因數(shù)Q是最高的，而三角形金屬網(wǎng)格的品質因數(shù)Q是最差的。在試驗中不難發(fā)現(xiàn)，三種形狀的金屬網(wǎng)格的透光率在實際中的值十分接近，進一步說決定品質因數(shù)Q的主要因素是電阻R的值。

進一步得出結論，六邊形金屬網(wǎng)格不僅具有形狀本身有一定的優(yōu)勢，透明性和導電性，但也顯示出更多的可行性與實用的優(yōu)點適合柔性版印刷。

未來的發(fā)展前景

目前，隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們對于身邊資源的利用效率不斷追求高效化，透明導電薄膜的相關技術也處在進一步完善當中。透明導電薄膜由于其自身將良好的導電性能和透光性能的緊密結合廣泛地生產(chǎn)實踐中使用，使得人們對于其性能要求不斷提高，比如電阻率可以更加低，光的透光率更加高，薄膜在空氣中性能狀態(tài)穩(wěn)定，耐堿耐腐蝕性強，成本更為低廉等多種要求。

國內，透明導電薄膜相關技術也不斷在發(fā)展研究之中，但是相比于國外的一些國家依舊有很長的一段路程需要探索。相信在科技碰觸發(fā)展的未來，國內的透明導電薄膜無論是靶材的選取還是技術革新的速度，都會有更為深遠的發(fā)展。