本發(fā)明屬于微、納米功能結(jié)構(gòu)/材料的制備加工技術(shù)領域，更具體地，涉及一種快速降低金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極電阻的方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著近年來納米材料的可控生長技術(shù)快速發(fā)展，眾多材料從微米尺度逐漸往納米尺度發(fā)展，微納米材料在當今諸多領域中的應用也越來越廣泛，其中，一維或準一維的金屬微米線和/或納米線在透明薄膜電極上的應用具有巨大的潛力，關(guān)于金屬微米線和/或納米線的合成以及透明網(wǎng)絡電極的制備工藝已經(jīng)日趨成熟。相比于傳統(tǒng)的氧化物透明導電電極，金屬微米線和/或納米線具有較高的導電性，納米線網(wǎng)絡具有高透過率及可用于柔性可拉伸器件等突出的優(yōu)勢，但是，由于金屬微米線和/或納米線合成過程中無法避免的有機物包覆，導致金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極經(jīng)過噴涂、接觸式或非接觸式印刷或滴涂等方式組裝成透明網(wǎng)絡后，往往都存在較大的節(jié)點接觸電阻。

現(xiàn)有的降低該類電極電阻的方法主要有高溫熱處理法、機械壓印法、等離子體處理法以及化學濕法刻蝕等方法，這些方法均需要耗費大量的能源或產(chǎn)生大量的化學污染物，尤其是化學法很難掌握好處理強度，極易造成金屬微米線和/或納米線的污染，清洗難度大。因此，開發(fā)快速、安全、低成本、無污染且高效的降低金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極電阻的方法，將成為該類新型透明電極日后大規(guī)模應用的關(guān)鍵技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種快速降低金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極電阻的方法及裝置，通過溶劑對金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極先進行潤濕處理、再揮發(fā)的方法，實現(xiàn)了快速、高效、低成本、無污染地大幅降低金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極電阻的目的，能有效提高下一代基于各類金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡的透明電極品質(zhì)，對于其在傳感器、印刷太陽能電池以及顯示照明等領域具有廣泛應用前景。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提出了一種快速降低金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極電阻的方法，包括如下步驟：

(1)將導電的金屬微米線和/或納米線沉積在基片表面以形成金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡，所形成的金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡有序或無序的分散排列在基片表面，且金屬微米線和/或納米線之間以及金屬微米線和/或納米線與基片表面部分接觸，該金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡與基片構(gòu)成的整體為金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極；

(2)采用易揮發(fā)性的液體溶劑使基片表面形成的金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡潤濕；

(3)對步驟(2)潤濕的金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡進行烘干處理，以使得金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡中浸潤的易揮發(fā)性的液體溶劑揮發(fā)；

(4)重復步驟(2)-(3)實現(xiàn)金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極電阻的降低。

本發(fā)明使用易揮發(fā)溶劑對金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極(即金屬微米線網(wǎng)絡電極、金屬納米線網(wǎng)絡電極或金屬微米線和納米線復合網(wǎng)絡電極)進行潤濕處理，再使溶劑揮發(fā)，利用溶劑的表面張力作用，在溶劑揮發(fā)過程中逐漸地增大金屬微米線和/或納米線間的接觸面積和相互作用力，促進金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡交叉點的融合，進而大大降低金屬微米線和/或納米線間的接觸電阻，使得電極的電阻大幅度降低，本發(fā)明的方法不僅適用于金屬微米線網(wǎng)絡電極、金屬納米線網(wǎng)絡電極，還適用于金屬微米線和納米線復合的網(wǎng)絡電極。

作為進一步優(yōu)選的，步驟(1)中的金屬微米線和/或納米線沉積方式為接觸式或非接觸式的印刷、噴涂、旋涂或滴涂方式。

作為進一步優(yōu)選的，所述液體溶劑為水、乙醇、丙酮或氯仿；烘干處理時，水的加熱溫度為70℃～120℃，乙醇的加熱溫度為50℃～100℃，丙酮的加熱溫度為40℃～80℃，氯仿的加熱溫度為45℃～85℃。

作為進一步優(yōu)選的，所述基片為與所用溶劑親潤性良好的表面平整的柔性或剛性基片。

作為進一步優(yōu)選的，所述導電的金屬微米線和/或納米線為金屬微米線和/或納米線、半導體金屬微米線和/或納米線或碳微納米管的一維或準一維的導體或半導體。

作為進一步優(yōu)選的，所述步驟(2)中所采取的使金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡潤濕的方法為沉浸槽內(nèi)直接浸泡、冷凝臺冷凝、飽和水蒸汽室凝結(jié)、噴槍噴霧或超聲霧化室噴霧；所述步驟(3)中所采取的使溶劑揮發(fā)的方法為自然晾干、鼓風吹干、熱臺加熱烘干或紅外輻射加熱烘干。

作為進一步優(yōu)選的，優(yōu)選采用低溫冷凝或常溫超聲霧化噴霧的方法潤濕金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極，其中，低溫冷凝需在環(huán)境濕度下使金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極降溫至環(huán)境溫度以下并保持5s以上時間，常溫超聲霧化噴霧處理時間不少于1s。

按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種快速降低金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極電阻的裝置，其特征在于，該裝置包括沉積單元、潤濕單元、烘干單元和傳送單元，其中：

所述沉積單元用于將導電的金屬微米線和/或納米線沉積在基片表面以形成金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡，進而制備金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極；

所述潤濕單元用于對金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極進行潤濕處理，使得溶劑均勻地分布在金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極表面；

所述烘干單元用于加速金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極表面溶劑的徹底揮發(fā)；

所述傳送單元用于在潤濕單元和烘干單元間傳遞輸送基片和金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極。

作為進一步優(yōu)選的，所述潤濕單元和烘干單元為多個，多個潤濕單元和烘干單元交替組合后通過傳送單元連接成多級處理裝置。

作為進一步優(yōu)選的，將所述傳送單元設計為交替通過潤濕處理單元和烘干單元的循環(huán)結(jié)構(gòu)以構(gòu)成循環(huán)處理裝置。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點：

1.本發(fā)明通過潤濕+烘干的處理方式對金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極進行簡單處理，即可顯著大幅的降低金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極的電阻，具有處理方式簡單高效、安全無污染、且成本低等優(yōu)點。

2.本發(fā)明可直接采用水/水蒸氣直接作為工作容積進行處理作業(yè)，并且采用純水作為工作溶劑時效果最為顯著，同時成本最為低廉，非常安全且環(huán)境友好，對金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極處理后沒有任何殘留或污染，不需二次清洗。

3.通過本發(fā)明采用直接浸潤和自然晾干處理即可得到比較好的降低電阻的效果，總體所需能耗與可以達到相似效果的物理或化學焊接技術(shù)相比極低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種快速降低金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極電阻的方法的流程圖；

圖2為按照本發(fā)明實施例提供的方法處理前后的一片銀納米線透明導電電極的方阻變化數(shù)值直方圖；

圖3(a)和(b)分別為本發(fā)明實施例1提供的一種快速降低金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極電阻的裝置的俯視圖和主視圖；

圖4為本發(fā)明實施例2提供的另一種快速降低金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極電阻的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

圖1是本發(fā)明實施例提供的一種快速降低金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極電阻的方法的流程圖，如圖1所示，該方法包括如下步驟：

(1)將導電金屬微米線和/或納米線通過印刷、噴涂、旋涂或滴涂等方式沉積在基片表面得到金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極；

(2)通過浸沒、冷凝或噴霧等方式用溶劑使基片表面的金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡潤濕；

(3)對步驟(2)潤濕的基片表面的金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡進行自然晾干、紅外輻照、加熱烘干或鼓風烘干處理，使得金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡中浸潤的溶劑揮發(fā)；

(4)重復步驟(2)和(3)實現(xiàn)金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極電阻的進一步降低。

優(yōu)選地，本發(fā)明方法中使用的導電金屬微米線和/或納米線采用導電性良好的金屬金、銀、銅納米線或合金納米線，金屬微米線和/或納米線、半導體金屬微米線和/或納米線、碳微納米管等一維或準一維的導體或半導體。

優(yōu)選地，本發(fā)明方法中通過接觸式或非接觸式的印刷、噴涂、滴涂、或旋涂等方式，將導電納米線沉積在基片表面形成網(wǎng)絡，所形成的金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡有序或無序的分散排列在基片表面，且金屬微米線和/或納米線之間以及金屬微米線和/或納米線與基片表面之間部分接觸，即當為金屬微米線網(wǎng)絡時，金屬微米線與金屬微米線之間部分接觸，以及金屬微米線與基片表面之間部分接觸；當為金屬納米線網(wǎng)絡時，金屬納米線與金屬納米線之間部分接觸，以及金屬納米線與基片表面之間部分接觸；當為金屬微米線和金屬納米線復合網(wǎng)絡時，金屬微米線與金屬微米線之間部分接觸，金屬納米線與金屬納米線之間部分接觸，金屬微米線與金屬納米線之間部分接觸，金屬微米線與基片表面之間部分接觸，以及金屬納米線與基片表面之間部分接觸。進一步優(yōu)選地，本發(fā)明方法中所述的基片為與溶劑親潤良好的表面平整的柔性或剛性基片，根據(jù)不同應用，優(yōu)選柔性基片為PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)、PI(聚酰亞胺)、PDMS(聚二甲基硅氧烷)以及PC(聚碳酸酯)等聚合物材料或柔性金屬箔或不銹鋼帶；優(yōu)選剛性基片為普通玻璃片、硅片、石英片或金屬片等。

優(yōu)選地，本發(fā)明方法中所選的溶劑采用水、乙醇、丙酮或氯仿等易揮發(fā)性液體，為達到最佳效果可選用純水。進一步優(yōu)選地，步驟(2)中所采取的使金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡潤濕的方法包括但不僅限于：沉浸槽內(nèi)直接浸泡、冷凝臺冷凝、飽和水蒸汽室凝結(jié)，噴槍噴霧或超聲霧化室噴霧等方式，優(yōu)選采用低溫冷凝或常溫超聲霧化噴霧的方法來潤濕金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極，其可以最大程度的減小對原本網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的破壞，噴槍噴霧或直接浸潤的方法更適用于大規(guī)模批量生產(chǎn)使用。其中，低溫冷凝需要在環(huán)境濕度下使金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極降溫至環(huán)境溫度以下并保持5s以上時間；超聲霧化噴霧或其他常溫處理方式處理時間不少于1s即可充分浸濕金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極。

優(yōu)選地，本發(fā)明方法步驟(3)中所采取的使溶劑揮發(fā)的方法包括但不僅限于：自然晾干，鼓風吹干，熱臺加熱烘干、紅外輻射加熱烘干等方式，優(yōu)選采用的揮發(fā)溶劑的方法為自然晾干，為達到更好效果，也可采用直接加熱基片、鼓風烘干、紅外輻射加熱等方式加速溶劑揮發(fā)速度。進一步優(yōu)選地，加熱溫度與溶劑種類有關(guān)，具體為水對應的溫度為70℃～120℃；乙醇對應的溫度為50℃～100℃；丙酮對應的溫度為40℃～80℃；氯仿對應的溫度為45℃～85℃。

按照本發(fā)明實施例提供的方法處理前后的一片銀納米線透明導電電極的方阻變化數(shù)值直方圖如圖2所示。本實施例中所選銀納米線長約100～200μm,直徑約50～100nm，導電電極尺寸為1cm×1cm，基片為玻璃片，采用無接觸式印刷方式制作銀納米線電極，工作溶劑為純水，潤濕方式為直接浸泡，烘干方式為自然晾干，平行進行三組相似的樣品。從圖2中可以看出，經(jīng)過本發(fā)明的方法處理過的納米線網(wǎng)絡電極的電阻可有效的減小。

本發(fā)明還提供了一種快速降低金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極電阻的裝置，通過該裝置可以使金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極的電阻快速降低，該裝置具體包括沉積單元、潤濕單元、烘干單元和傳送單元，其中：

沉積單元用于將導電的金屬微米線和/或納米線沉積在基片表面以形成金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡，進而制備金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極；

潤濕單元采用直接浸泡/蒸氣浸潤等方式對金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極進行潤濕處理，使得溶劑較為均勻地分布在金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極表面。潤濕單元按照給溶劑方法的不同，具體可表現(xiàn)為低溫冷凝臺、超聲霧化室、飽和蒸汽室、噴淋室或水槽等形式。

烘干單元用于加速金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極表面溶劑的徹底揮發(fā)。烘干單元按照揮發(fā)溶劑方法的不同，具體可為自然晾干平臺、可控溫加熱臺、紅外輻射加熱室或鼓風干燥室等形式。

傳送單元用于在潤濕單元和烘干單元間傳遞和輸送金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極及基片。

優(yōu)選地，多個潤濕單元和烘干單元可以通過傳送單元交替連接構(gòu)成多級處理裝置。優(yōu)選地，一個潤濕單元和一個烘干單元或多個交替的潤濕單元與烘干單元的組合，通過傳送單元可以構(gòu)成循環(huán)結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)循環(huán)處理裝置。

以下為具體實施例：

實施例1

本實施例提供了一種快速降低金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極電阻的裝置，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，該裝置包括傳送單元301、沉積單元302、兩個潤濕單元303和兩個烘干單元304。

傳送單元301連通裝置中的其他單元，將基片從起始位置送至金屬微米線和/或納米線沉積單元302中進行沉積，通過接觸式或非接觸式印刷、噴涂或旋涂的方式，將導電納米線沉積在基片表面形成網(wǎng)絡，然后繼續(xù)將表面沉積了金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極的基片送入潤濕單元303中對金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極進行潤濕，最后再通過烘干單元304對溶劑進行烘干；經(jīng)過一輪“潤濕-烘干”處理后，傳送單元301可以繼續(xù)通過至少一組潤濕單元302和烘干單元303的組合來實現(xiàn)金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極電阻的進一步降低。

實施例2

本實施例提供了另一種快速降低金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極電阻的裝置，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，該裝置包括傳送單元401、沉積單元402、兩個潤濕單元403、兩個烘干單元404以及兩個方向可控的傳送子單元405。

傳送單元401連通裝置中的所有其他單元，將基片從起始位置送至金屬微米線和/或納米線沉積單元402中進行沉積，通過接觸式或非接觸式印刷、噴涂或旋涂的方式，將導電納米線沉積在基片表面形成網(wǎng)絡，然后繼續(xù)將表面沉積了金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極的基片送入潤濕單元403中對金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極進行潤濕，再通過烘干單元404對溶劑進行烘干；經(jīng)過一輪“潤濕-烘干”處理后，傳送單元401將基片和電極送至方向可控傳送子單元405，按照所需的“潤濕-烘干”處理次數(shù)，來調(diào)節(jié)可控傳送子單元405的傳送運輸方向，繼續(xù)通過任意次數(shù)的潤濕單元403和烘干單元404的組合來實現(xiàn)次數(shù)任意可調(diào)(≥1次)的“潤濕-烘干”處理，使得金屬微米線和/或納米線網(wǎng)絡電極電阻的進一步降低，進而滿足不同的生產(chǎn)需要。

本領域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。