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形成具有微絲的導電薄膜的方法_4

文檔序號:9756777閱讀:來源:國知局
劑包括,例如,蒸汽或液 體組合物來進一步使導電組合物(墨)固化,以進一步增加微絲50的電導率。導電組合物 (墨)可包括,例如,導電顆粒例如導電金屬納米顆粒(包括導電銀納米顆粒)、導電聚合物、 可溶性導電前體和本領域已知的其它材料。在很多實施方式中,導電材料是導電金屬顆粒 的分散體,例如銀納米顆粒的水分散體?;诳偟膶щ娊M合物固體,金屬納米顆粒例如銀納 米顆??梢灾辽?0重量%且至多并包括90重量%的量存在于導電組合物中。
[0068] 例如,可使用具有羧酸基和磺酸基二者的水溶性聚合物來制備在本發(fā)明中有用的 含水的銀納米顆粒分散體??赏ㄟ^本領域眾所周知的各種聚合方法來制備此類聚合物,所 述聚合方法例如具有磺酸側基的烯鍵式不飽和聚合單體和具有羧酸側基的烯鍵式不飽和 的可聚合單體的混合物的自由基聚合。也可通過具有包含羧酸側基的重復單元的預制共聚 物的后道改性來制備有用的聚合物。可通過不具有羧酸側基的重復單元的磺化將磺酸基引 入制備的聚合物中。例如,可通過以下步驟制備苯乙烯磺酸-馬來酸共聚物:使含有苯乙烯 和馬來酸酐二者的單體混合物聚合,以形成苯乙烯-馬來酸酐共聚物,并隨后使所提到的聚 合物進行磺化和水解。
[0069] 可使用各種烯鍵式不飽和單體來形成聚合物,用于制備作為導電組合物(墨)的有 用的銀納米顆粒分散體。合適的包含磺酸側基的烯鍵式不飽和的可聚合的單體包括但不限 于,苯乙烯磺酸、丙烯酸3-磺基丙酯、甲基丙烯酸3-磺基丙酯、甲基丙烯酸2-磺基乙酯、甲基 丙烯酸3-磺基丁酯和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸。合適的含有羧酸側基的烯鍵式不飽和 的可聚合的單體包括但不限于,丙烯酸單體例如丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸 (ethacrylicacid)、衣康酸、馬來酸、富馬酸、衣康酸單烷基酯包括衣康酸單甲酯、衣康酸單 乙酯和衣康酸單丁酯、馬來酸單烷基酯包括馬來酸單甲酯、馬來酸單乙酯、馬來酸單丁酯、 檸康酸、苯乙烯羧酸、丙烯酸2-羧乙酯和丙烯酸2-羧乙酯低聚物。
[0070]具有羧酸側基和磺酸側基二者的有用的水溶性聚合物可具有各種微觀結構,諸 如,例如無規(guī)共聚物、嵌段共聚物或接枝共聚物。此類聚合物可為線型、支化和超支化的形 式。聚合物也可包含高達10 %的重復單元,所述重復單元既不包含磺酸基,也不包含羧酸 基。
[0071 ] 優(yōu)選地,磺酸側基與羧酸側基的比率為至少0.05:1且至多并包括5:1,或至少0.1: 1且至多并包括4:1,或更可能至少0.5:1且至多并包括2:1。有用的聚合物的分子量典型地 為至少500并至多且小于500,000,或至多但小于100,000,或至少500且至多并包括50,000。
[0072] 可例如,通過形成水溶性聚合物和還原劑的含水混合物,添加銀離子源,并在分散 體中生長銀納米顆粒來提供有用的銀納米顆粒分散體。合適的還原劑典型地是能夠還原含 水分散體中的金屬(例如銀離子)的試劑,并包括但不限于肼、水合肼、氫氣、硼氫化鈉、硼氫 化鋰、抗壞血酸、甲酸、醛類、和胺類,包括伯胺、仲胺和叔胺,及它們的任何組合。合適的銀 離子源可為任何水溶性的銀化合物或鹽,例如硝酸銀、乙酸銀和AgC10 4。用以形成銀納米顆 粒的反應溫度至少為室溫(約20°C)且最高并包括95°C,例如60°C以上。
[0073] 用于制備有用的銀納米顆粒的進一步的細節(jié)在共同待審且共同轉讓的美國序列 號13/757,891 (以上提到的)中提供。
[0074]在分散體中的有用的銀納米顆粒的平均尺寸可為至少5nm且至多并包括500nm,并 可隨水溶性聚合物的量、反應溫度和反應期間的攪拌速度和方法而改變。在某些實施方式 中,導電組合物可具有使得最大吸收波長為至少400nm且至多并包括500nm的光吸收。
[0075]可將有用于本發(fā)明的銀納米顆粒分散體配制成各種導電組合物(墨)和用于各種 應用的涂布制劑。
[0076]參見圖2H,將形成微絲50的干燥的導電組合物(墨)40(未顯示)暴露于液體或蒸汽 形式的氯化氫(鹽酸)。特別地,在步驟135中,將微絲50暴露于濕或干氯化氫蒸汽94。通過該 暴露,使干燥的銀納米顆粒變得更加高度導電。在特定的實施方式中,使用氯化氫蒸汽源在 低于60°C的溫度下,或特別地在低于50°C的溫度下、或甚至在如室溫(約20°C)-般低的溫 度下實施所述處理。取決于氯化氫蒸汽的來源和組成,不存在對于該處理所需時間的限制。 為了所需的生產率,所述處理持續(xù)至少3秒鐘且至多并包括10分鐘,或更可能持續(xù)至少10秒 鐘且至多并包括5分鐘的是合意的。
[0077]如在圖21中所圖不的,隨后在水96(例如水蒸氣)的存在下拋光具有導電微絲50的 輻射固化層20的表面(步驟140),以在透明基底10上形成所需的微絲50的微絲圖形。用于該 拋光的工具可為拋光器82,其為包含也可用水來潤濕的軟拋光墊的機械拋光裝置。此類拋 光材料包括但不限于,紡織布料、包含交聯(lián)水溶性聚合物的合成水凝膠和由泡沫材料例如 泡沫聚氨酯組成的開口泡沫。可將軟拋光墊安裝在轉盤、滾軸或刮片上??赏ㄟ^拋光墊的平 移、旋轉和振動的組合來獲得優(yōu)異的拋光結果。
[0078] 在特別有用的實施方式中,拋光墊表面不含可引起對導電微絲的表面刮擦或機械 損傷的任何顯著量的大磨粒。在水的存在下的拋光步驟140有效除去不需要的殘余的經固 化和處理的導電組合物(墨),以增強壓印的微絲結構5的透明度,產生高度透明的制品,所 述制品包含透明基底10和具有壓印的微絲50(形成微絲結構5)的光固化層20(見圖2J)。
[0079] 因此,本發(fā)明可用以提供導電電極(制品),其包含盤踞在透明基底上的微通道中 的導電微絲的非常精細的圖形,其中所述微通道包含光固化層,且所述導電微絲包含導電 金屬納米顆粒(例如銀納米顆粒)。
[0080] 拋光后,可通過在高于或等于60°C的溫度下加熱微絲結構且任選地或另外,通過 在濕度大于60%的環(huán)境下例如持續(xù)至少4小時處理微絲圖形來進一步增加微絲結構的電導 率。
[0081] 圖3圖示了有用的實施方式,其中使銀納米顆粒分散體圖形化以形成微絲柵50、網 或其它微絲圖形,所述圖形具有低表觀可見度(apparent visibility)、高透明度(例如大 于80%的可見光透射率)和低電阻率(例如小于15歐姆/平方、10歐姆/平方或5歐姆/平方)。 在某些實施方式中,此類微絲50具有至少0.5μπ?且至多并包括8μπ?的平均寬度和大于0.2μL? 的平均干厚度。圖4是根據本發(fā)明的方法制備的微絲50的柵的顯微照片。
[0082] 本發(fā)明提供至少以下實施方式及其組合,但是如技術人員將從本公開的教導中意 識到的,認為特征的其它組合在本發(fā)明的范圍內: 1.在制品中制備微絲圖形的方法,所述方法包括: 提供在透明基底上包含可光固化的組合物的可光固化的制品, 在可光固化的組合物內形成微通道的圖形, 使可光固化的組合物暴露于固化輻射,以在透明基底上形成固化的可光固化的組合物 和在固化的可光固化的組合物內的光固化的微通道, 將包含金屬納米顆粒的導電組合物施加至光固化的微通道, 除去在光固化的微通道外部的任何過量的導電組合物,而使導電組合物留在光固化的 微通道內, 在低于60°C的溫度下干燥光固化的微通道中的導電組合物,以提供作為光固化的微通 道中的導電微絲的干燥的導電組合物, 在低于60°C的溫度下使光固化的微通道中的干燥的導電組合物暴露于氯化氫,以增強 光固化的微通道中的導電微絲的電導率,和 在水的存在下拋光固化的可光固化的組合物的外表面,以在透明的基底上形成微絲圖 形。
[0083] 2.實施方式1所述的方法,另外包括在高于或等于60°C的溫度下加熱微絲圖形。
[0084] 3.實施方式1或2所述的方法,另外包括在濕度大于60%的環(huán)境下處理微絲圖形。
[0085] 4.實施方式3所述的方法,包括在該潮濕的環(huán)境下持續(xù)至少4小時處理微絲圖形。
[0086] 5.實施方式1至4中任一個所述的方法,包括使干燥的導電組合物持續(xù)至少3秒鐘 且至多并包括10分鐘暴露于氯化氫蒸汽。
[0087] 6.實施方式1至5中任一個所述的方法,包括使用機械手段除去任何過量的導電組 合物。
[0088] 7.實施方式1至6中任一個所述的方法,其中固化輻射是紫外輻射。
[0089] 8 .實施方式1至7中任一個所述的方法,其中可光固化的組合物包含可交聯(lián)的材 料。
[0090] 9.實施方式1至8中任一個所述的方法,其中導電組合物包含銀納米顆粒。
[0091] 10.實施方式1至9中任一個所述的方法,其中透明基底包含柔性聚合物材料。
[0092] 11.實施方式1至10中任一個所述的方法,其中光
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