基于微尺度3D打印技术的柔性透明电极制造技术

作者：李家欣，贺健康
单位：西安交通大学机械制造系统工程国家实验室　

具有嵌入式金属网的柔性透明电极（FTE）由于其出色的光电性能，表面粗糙度和机械和环境稳定性，为被认为是传统的导电铟锡氧化物（ITO）的有力替代品。但是，现有光刻及电镀等传统制造工艺具有工艺复杂，污染严重等缺点，实现嵌入式金属网简单，经济高效且环保的制造仍然存在巨大的挑战。最近，青岛理工大学提出了一种结合电场驱动3D打印和热压印的方法来制造嵌入式银网电极，该方法可以高效经济地制备高性能的柔性透明电极。

图1 制造方法示意图

研究中，具有嵌入式金属网的柔性透明电极的制造主要分为两步，首先，使用电场驱动3D 打印工艺，通过在挤出式喷头处施加高压电场，使打印纤维在电场的作用下变细，打印制造数微米宽的高精度银网，然后使用滚筒辅助混合热压工艺将银网嵌入热塑性柔性透明基板中，以获得最终的柔性透明电极。

图2 柔性嵌入式透明电极

图3 不同打印层数的柔性嵌入式透明电极微观截面

最终制造的柔性透明电极透光率高（85.79％），电阻小（0.75Ωsq-1）且表面光滑，具有出色的光电性能。在各种循环测试和恶劣工作条件下，如经过1000次弯曲循环、80次附着力测试、120次刮擦测试、100分钟超声波测试和72小时的化学腐蚀等测试后，柔性电极的电阻几乎没有增加，具有优异的机械稳定性及环境适应性。

参考文献：
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