一種具有金屬電極的石墨烯導電膜及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種在石墨烯導電膜上制備金屬電極的方法，包括：1）在基底上提供石墨烯膜；2）通過電鍍或化學鍍在石墨烯膜的表面沉積金屬層；以及3）在步驟2）之前將石墨烯膜圖案化；或在步驟2）之后將石墨烯膜和金屬層圖案化。本發(fā)明還提供了由所述方法制備的具有金屬電極的石墨烯導電膜。
【專利說明】一種具有金屬電極的石墨烯導電膜及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有金屬電極的石墨烯導電膜及其制備方法，屬于石墨烯材料應用領域及電容式觸摸屏制備領域。
【背景技術】
[0002]觸摸屏是一種可以實現人與計算機及其它設備之間交互的輸入設備。觸摸屏中一般設置有透明導電膜作為觸摸感應單元，其作用是可以使光線透過，以及本身可作為導電電極層使用。作為透明導電膜，已在產業(yè)中應用的有ITO (氧化銦錫)膜層，其可采用PVD(物理氣相沉積)法鍍制，例如通過濺射鍍膜的方式鍍制。
[0003]雖然現有工藝制備的ITO膜的導電性和透明性能夠基本滿足部分電子產品的需求，但是ITO透明導電膜的應用仍具有如下局限性:
[0004](I) ITO很脆易碎，應用時容易被磨損或者在彎曲時出現裂紋、脫落而影響使用壽命，尤其是以塑膠基片為基材時，此問題更加突出；
[0005](2) ITO成膜后需要高溫處理才能達到高導電性，當使用塑膠基片時，由于受處理溫度限制，膜導電性和透明度均較低；
[0006](3)受原材料、生產設備和工藝的影響，ITO膜的價格昂貴。另外，ITO的成膜工藝必須使用高質量的ITO靶材，而高質量ITO靶材生產技術主要控制在日本、美國、歐洲等國家。因此，尋找合適的ITO替代材 料成為當前亟待解決的難題。
[0007]石墨烯是作為一種二維納米材料，具有高達97.4%的透射率，且在可見光波段與波長無關，透射光譜幾乎為平坦狀態(tài)；而在透過率維持在95%范圍內時，方塊電阻仍可達到125Ω/ □;同時，石墨烯的色調完全無色，因此能夠在觸摸屏上忠實地再現圖像顏色。
[0008]因此，目前已將石墨烯導電膜代替ITO膜用于觸摸屏等產品領域。其中，當使用石墨烯導電膜代替ITO膜時，需要在連接控制芯片部位的石墨烯導電膜上制備一層導電金屬(例如Al、Ag等)作為電極與芯片連接。現有的工藝中，可通過金屬真空鍍膜或以導電漿料絲網印刷(又稱“絲印”)來制備該金屬電極。然而，真空鍍膜工藝成本高、效率低，無法實現選擇性沉積金屬膜。并且，絲印工藝中需要進行高溫烘烤，而這樣的高溫將降低PET (聚對苯二甲酸乙二酯)透過率，并會產生形變和黃變，以及影響石墨烯的方阻，同樣無法實現選擇性沉積金屬膜。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明的一個方面提供了一種在石墨烯導電膜上制備金屬電極的方法，包括:
[0010]I)在基底上提供石墨稀月旲；
[0011]2)通過電鍍或化學鍍在石墨烯膜的表面沉積金屬層；以及
[0012]3)在步驟2)之前將石墨烯膜圖案化；或
[0013]在步驟2)之后將石墨烯膜和金屬層圖案化。
[0014]優(yōu)選地，本發(fā)明方法中的基底是絕緣的，例如非金屬基底，其可以選自PET(聚對苯二甲酸乙二酯)、PC (聚碳酸酯)、PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)、玻璃或陶瓷基底。
[0015]本發(fā)明方法步驟I)中的石墨烯膜可以是厚度為約0.34nm至3.4nm的單層或多層石墨烯膜，其中石墨烯膜的總厚度可以為例如約0.34nm、0.68nm、l.02nm、l.36nm、l.7nm、
2.04nm、2.38nm、2.72nm、3.06nm 或 3.4nm。
[0016]優(yōu)選地，本發(fā)明方法步驟2)中通過電鍍或化學鍍沉積的金屬可以選自任何導電金屬中的一種或多種，例如選自金、銀、鉬、銠、鈀、銅、鐵、錫、鋅、鈷、鎳、鉻、鎘、銻、銦、鉍中的一種或多種。
[0017]對于金屬電鍍或化學鍍的工藝沒有特別限定，可以采用現有技術中任何已知的方法。
[0018]優(yōu)選地，在石墨烯表面上需要沉積金屬層的部分沉積金屬層。更優(yōu)選地，在石墨烯表面上不需要沉積金屬層的部分不沉積金屬層。對于石墨烯表面上不需要沉積金屬層且需要保留石墨烯的部分，可以在電鍍或化學鍍之前(例如步驟2)之前)將該部分用保護層保護。然后，在需要時(例如在電鍍后、化學鍍后或圖案化后)去除保護層。
[0019]所述保護層為電鍍或化學鍍無法沉積金屬的膜層，例如可剝藍膠層(又稱可剝油墨層)或P E T保護層(其中粘結層優(yōu)選硅膠)。
[0020]施用保護層可采用任何已知的方法，例如通過涂覆、噴涂、貼覆等方式進行。
[0021]優(yōu)選地，本發(fā)明方法的步驟3)中，通過激光光刻或刻蝕以將石墨烯膜或石墨烯膜和金屬層圖案化，優(yōu)選激光光刻。其中，所述圖案優(yōu)選為電極圖案。
[0022]在一個優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明方法的步驟I)包括:
[0023]a)制備石墨烯膜；
[0024]b)將制得的石墨烯膜轉移至基底上。
[0025]其中，步驟a)中可以使用現有的任何方法，例如化學氣相沉積法(CVD)在例如生長材料上制備石墨烯膜。
[0026]向基底上轉移石墨烯膜可通過熱敏膠帶、PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)或高聚物粘結劑進行，然后去除生長材料。去除生長材料可以使用例如腐蝕法或氣泡剝離法。
[0027]本發(fā)明的另一個方面提供根據本發(fā)明方法制備的具有金屬電極的石墨烯導電膜。其中，被光刻掉石墨烯的部位以及被保護層保護的部位不存在金屬沉積，而光刻后留下石墨烯層的部位存在金屬沉積。
[0028]本發(fā)明的制備金屬電極的方法簡化了電極制作工藝，其可以選擇性地沉積金屬層，直接形成電極。而且，該方法可以避免在制作工藝中使用高溫烘烤，提高工藝的適用性。
[0029]相對于絲印金屬漿料的工藝，本發(fā)明的方法減少了高溫烘烤固化漿料的過程，從而可以減少或避免基底(如PET等)的形變和/或黃變等缺陷。
[0030]相對于真空鍍膜工藝，本發(fā)明的方法可以選擇性地沉積金屬層，在激光光刻之后，被光刻掉石墨烯的部位裸露基底，而未被光刻的部位為石墨烯，表面材質不同。在電鍍或化學鍍的過程中可以實現選擇性鍍覆。即，被光刻掉石墨烯的部位以及被保護層保護的部位沒有金屬沉積，而光刻后留下石墨烯層的部位會有金屬沉積，即可實現選擇性地在相應部位沉積金屬層。
【專利附圖】

【附圖說明】[0031]圖1為實施例1步驟I)中將石墨烯轉移到基底層上后得到的結構。
[0032]圖2為實施例1步驟2)中光刻出所需要的電極圖案后得到的結構.[0033]圖3為實施例1步驟3)中貼覆保護層后得到的結構。
[0034]圖4為實施例1步驟4)中在暴露的石墨烯表面鍍上鎳層后得到的結構。
[0035]圖5為實施例1步驟5)中制作完成后得到的結構。
[0036]圖6為實施例2步驟I)中將石墨烯轉移到基底層上后得到的結構。
[0037]圖7為實施例2步驟2)中貼覆保護層后得到的結構。
[0038]圖8為實施例2步驟3)中在暴露的石墨烯表面鍍上鎳層后得到的結構。
[0039]圖9為實施例2步驟4)光刻出所需要的電極圖案后得到的結構。
[0040]圖10為實施例2步驟5)制作完成后得到的結構。
【具體實施方式】
[0041]下文結合實施例對本發(fā)明的技術方案進行進一步的詳細說明，然而所述實施例不應被解釋為對本發(fā)明技術方案的限制。
[0042]其中，使用的設備包括:
[0043]使用管式CVD爐進行化學氣相沉積；
[0044]使用波長為1064nm的激光器發(fā)射激光；
[0045]使用常規(guī)的滾輪覆膜機貼覆保護層；
[0046]使用直流電源和PP (聚丙烯)絕緣槽進行電鍍；以及
[0047]使用PP絕緣槽進行化學鍍。
[0048]實施例1
[0049]I)石墨烯在生長材料上的制備通過化學氣相沉積法(CVD)進行，使用氬氣和氮氣作為保護氣體，甲烷和氫氣在1000°c下沉積而進行，沉積后在保護氣體中降至室溫，通過熱敏膠帶轉移石墨烯至188 μ m的PET基底層上，通過腐蝕法去除生長材料，從而將石墨烯轉移到基底層上，得到如圖1的結構。
[0050]2)用1064nm，M~2〈l.3單模紅外激光器，在溫度22~25°C，濕度25~65%RH條件下按以下工藝光刻出所需要的電極圖案，得到如圖2的結構。
[0051]
【權利要求】
1.一種在石墨烯導電膜上制備金屬電極的方法，包括: 1)在基底上提供石墨烯膜； 2)通過電鍍或化學鍍在石墨烯膜的表面沉積金屬層；以及 3)在步驟2)之前將石墨烯膜圖案化；或 在步驟2)之后將石墨烯膜和金屬層圖案化。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述基底是絕緣的，例如非金屬基底，優(yōu)選PET、PC、PMMA、玻璃或陶瓷基底。
3.如權利要求1或2所述的方法，其中在步驟2)中通過電鍍或化學鍍沉積的金屬可以選自任何導電金屬中的一種或多種，例如選自金、銀、鉬、銠、鈀、銅、鐵、錫、鋅、鈷、鎳、鉻、鋪、鋪、鋼、秘中的一種或多種。
4.如權利要求1-3任一項所述的方法，其中在石墨烯表面上需要沉積金屬層的部分沉積金屬層。
5.如權利要求1-4任一項所述的方法，其中對于石墨烯表面上不需要沉積金屬層的部分，在電鍍或化學鍍之前將該部分用保護層保護，所述保護層為電鍍或化學鍍無法沉積的膜層，例如可剝藍膠層或PET保護層，其中所述PET保護層的粘結層優(yōu)選硅膠。
6.如權利要求1-5任一項所述的方法，其中在步驟3)中，通過激光光刻或刻蝕以將石墨烯膜或石墨烯膜和金屬層圖案化，優(yōu)選激光光刻。
7.如權利要求1-6任一項所述的方法，其中步驟I)中的石墨烯膜可以是厚度為約0.34nm至3.4nm的單層或多層石墨烯膜,其中石墨烯膜的總厚度可以為約0.34nm、0.68nm、1.02nm、l.36nm、l.7nm、2.04nm、2.38nm、2.72nm、3.06nm 或 3.4nm。
8.如權利要求1-7任一項所述的方法，其中步驟I)包括: a)制備石墨烯膜； b)將制得的石墨烯膜轉移至基底上。
9.如權利要求1-8任一項所述的方法制備的具有金屬電極的石墨烯導電膜。
10.如權利要求9所述的石墨烯導電膜，其中被光刻掉石墨烯的部位以及被保護層保護的部位不存在金屬沉積，而光刻后留下石墨烯層的部位存在金屬沉積。
【文檔編號】C23C18/36GK103602964SQ201310487969
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年10月17日 優(yōu)先權日:2013年10月17日
【發(fā)明者】彭鵬, 金虎, 武文鑫, 周振義 申請人:常州二維碳素科技有限公司