赵秀萍 李妍

透明导电薄膜的概述

透明导电薄膜是指在可见光范围内具有高透光性、具有金属一般高的导电性以及在红外范围内高反射性的一类薄膜，其禁带宽度大于3ev，可见光范围的平均透过率大于80%，并且电阻率小于0.001？/cm。日常生活中，提及透明往往联想到水、玻璃等导电性差的物质；而对于高导电性物质，通常是金属等一系列透明性极差的物质。透明性和导电性如矛盾一般对立统一的出现在透明导电薄膜中，这一有效的结合使得透明导电薄膜从最初的发明到近年来的发展一直得到极高的关注。

透明导电薄膜材质种类繁多，主要包括金属膜系、金属氧化膜系、透明氧化膜系、高分子膜系其他化合物膜系以及多层复合膜系等。在这其中金属膜系和金属氧化物膜系这两种材质研究较深，使用范围较广。氧化铟锡是金属氧化膜系中的代表，其在薄膜晶体管、太阳能电池透明电极以及发光显示器等众多领域具占有重要的组成部分，也由于其特性使得在商业领域的应用中增长了经济效益。但是氧化铟锡由于资源的稀缺使得制备成本高，对大量的生产生活的使用造成了困扰，也由于其自身的脆性限制了在柔性设备中的使用。氧化锌基透明导电薄膜尤其是氧化锌铝透明导电薄膜在制备成本上大大降低，特别是其环保性、在空气中材料性能的稳定性强，正在逐步替代氧化铟锡。除此以外，石墨烯薄膜、碳纳米等基材的薄膜也开发适用之中。

由于材质的不断更新，薄膜的厚度在不断变薄，但是对于透明导电薄膜其导电性能不可忽视。因此，具有一定网格形状透明导电薄膜，其网格形状的设计需要通过实验进一步探究。

透明导电薄膜的常用制备方法

当前制备透明导电薄膜的方法主要有溶胶一凝胶法、化学气相沉积、真空蒸发沉积、磁控溅射法、喷雾热解法等多种方法，其中制备氧化铟锡中经济效益较好的有溶胶—凝胶法、磁控溅射法等。

本文主要针对以聚对苯二甲酸乙二醇酯基质，其上的金属网格是通过纳米压印光刻技术完成的，除此之外还可以选择喷墨印刷、丝网印刷来完成金属网格的印刷。在利用透明导电薄膜性能时，金属网格的印刷极为关键。对于金属网格的印刷一方面要探究其网格形状对于金属的网格的影响，另一方面还要考虑印刷网格形状时对于其导电性的影响。

透明导电薄膜印刷设计

1.印刷工艺参数的选择

①网纹辊的线数选择

在通过柔印方式印刷透明导电薄膜中，网纹辊的线数选择与金属网格的垂直方向和水平方向印刷的导电线的电阻选择有关。综合以上考虑，300线/英寸的网纹辊，其样本具有更好的性能从而在生产实践中被广泛的使用。

②印刷压力参数的选择

金属网格的印刷压力参数是根据沿水平方向的直线进行探究的。通过结合金属网格线在最佳烧结温度以及烧结时间的确定，我们可以得知金属网格线最佳的烧结温度为120℃以及最佳的烧结时间为30分钟。根据透明导电薄膜在不同印刷压力下，导电率的不同从而可以进一步确认印刷中的最佳印刷压力。通过分别测试在100N、125N和150N三种印刷压力下的导电线的电阻值，得出在150N时印刷压力时导电线的阻值低于其他二者，因此印刷最佳压力应为150N。

2.金属网格形状的设计及理论分析

①透明导电薄膜的金属网格的导电性是有复杂的串并联结构和大面积的网络结构来决定的，因此导电性能不仅与串并联结构密切相关更与网格数目的多少休戚相关。针对金属网格的形状主要讨论三角形、四边形以及六边形的网格形状。通过将以上三种形状的网格统一边长的方法，可以得出六边形的金属网格的透光性高，而三角形金属网格的透光性最低。因此，可以进一步得出透光率和网格形状的面积与边长的比值有关。即面积与边长比值越高的形状，即六边形金属网格，透光性能越好，满足透明导电薄膜的较好的透光性能。

在考虑边长的同时应考虑到增加线宽时，不同金属网格形状之间的透光率变化。对于不同类型的网格形状，透光率下降速度不同，然而六边形网格线宽度随着增加而透光率下降的缓慢。可以看出，这一特点对生产过程中的适宜性利益。

因此，无论是从边长的变化还是线宽的变化，六边形金属网格相比于三角形和四边形都具有显著的优势。

②网格模设计

为了避免透明导电薄膜中由于基本网格数目引起的透光性能和导电性能的变化，因此，网格膜设计为2cm×2cm。在相同的透光率下，六边形的网格的线长度是最短的，这种现象说明了降低整体的电阻六边形是最合适的形状。

3.透明导电薄膜制作

在实际印刷中，三种网格形状在线宽上有不同程度的增加，尤其在54微米的时候有一个显著的增加。因此，实际三种网格形状的透光性应低于理论值。在三种网格薄膜中，六边形的金属网格具有较小的电阻值，三角形具有较高的电阻值，四边形的电阻值处于中间。

在透明导电薄膜中，透光性能和导电性能是其基本衡量参数。因此，为了进一步综合探究透明导电薄膜性能，我们引入品质因数Q，将其定义为透光率和电阻值之比。根据实验，我们可以得到六边形金属网格的品质因数Q是最高的，而三角形金属网格的品质因数Q是最差的。在试验中不难发现，三种形状的金属网格的透光率在实际中的值十分接近，进一步说决定品质因数Q的主要因素是电阻R的值。

进一步得出结论，六边形金属网格不仅具有形状本身有一定的优势，透明性和导电性，但也显示出更多的可行性与实用的优点适合柔性版印刷。

未来的发展前景

目前，随着科学技术的不断发展，人们对于身边资源的利用效率不断追求高效化，透明导电薄膜的相关技术也处在进一步完善当中。透明导电薄膜由于其自身将良好的导电性能和透光性能的紧密结合广泛地生产实践中使用，使得人们对于其性能要求不断提高，比如电阻率可以更加低，光的透光率更加高，薄膜在空气中性能状态稳定，耐碱耐腐蚀性强，成本更为低廉等多种要求。

国内，透明导电薄膜相关技术也不断在发展研究之中，但是相比于国外的一些国家依旧有很长的一段路程需要探索。相信在科技碰触发展的未来，国内的透明导电薄膜无论是靶材的选取还是技术革新的速度，都会有更为深远的发展。