碳材導(dǎo)電膜的轉(zhuǎn)印方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種碳材導(dǎo)電膜的轉(zhuǎn)印方法，包括：提供第一基材；在第一基材的表面上形成無(wú)機(jī)氧化層，無(wú)機(jī)氧化層的總表面能介于30mJ/m2至75mJ/m2之間，且無(wú)機(jī)氧化層表面的色散成分表面能與總表面能的比值介于0.4至0.8之間；將碳材分散液涂布于無(wú)機(jī)氧化層上；烘干碳材分散液，以在無(wú)機(jī)氧化層上形成碳材導(dǎo)電膜；將碳材導(dǎo)電膜浸入溶劑中，以分離碳材導(dǎo)電膜與無(wú)機(jī)氧化層；以及將第二基材與分離的碳材導(dǎo)電膜貼合，使碳材導(dǎo)電膜轉(zhuǎn)印至第二基材上。
【專利說(shuō)明】碳材導(dǎo)電膜的轉(zhuǎn)印方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及碳材導(dǎo)電膜，更特別涉及碳材導(dǎo)電膜的轉(zhuǎn)印方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]隨著平面顯示器、觸控面板、太陽(yáng)光電、及下世代柔性電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)日益蓬勃，透明導(dǎo)電膜材料的市場(chǎng)亦隨之大幅成長(zhǎng)。然而ITO價(jià)格昂貴、來(lái)源有限、且撓曲性較差，其替代材料的開(kāi)發(fā)已成為近年來(lái)研發(fā)重點(diǎn)之一。由于碳納米管(CNT)具備高長(zhǎng)徑比、高導(dǎo)電性、良好的機(jī)械強(qiáng)度、及耐化性等特性，在透明導(dǎo)電膜應(yīng)用上極具潛力。相比于IT0、CNT組成的透明導(dǎo)電膜具有更佳的可撓性、耐候性、制程便利性、及自然色調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]形成碳納米管導(dǎo)電膜的制程方式大致為噴霧涂布(spray coating)、狹縫模具式涂布(Slot-die Coating)、微凹版印刷式涂布(Micro-gravure Coating)、浸潤(rùn)式涂布(Dip Coating)、旋轉(zhuǎn)式涂布(Spin Coating)、真空過(guò)濾(vacuum filtration)、或逐層組裝(layer-by-layer)。然而前述制程僅有狹縫模具式涂布、微凹版印刷式涂布、與噴霧涂布符合大面積生產(chǎn)與量產(chǎn)性。碳納米管分散液的制備上仍以水溶液系統(tǒng)為主，主要通過(guò)添加分散劑以協(xié)助碳納米管分散于水中，其分散的碳納米管濃度相對(duì)較高。分散劑以十二烷基苯橫酸納(sodiumdodecylbenzene sulfonate, SDBS)與十二烷基硫酸鈉(sodium dodecyl sulfate, SDS)具有較佳的分散特性。若只采用N-甲基吡咯烷酮(N-Methyl-2-pyrrolidone, NMP)、三氯甲燒、二氯甲燒等有機(jī)溶劑直接分散碳納米管,貝丨J分散濃度過(guò)低而不易應(yīng)用狹縫模具式涂布或微凹版印刷式涂布制備碳納米管導(dǎo)電膜。另一方面，有機(jī)溶劑會(huì)化學(xué)侵蝕部分 高分子基材，且過(guò)多有機(jī)溶劑的使用也會(huì)有環(huán)境安全的疑慮。
[0004]在碳納米管涂布成膜的制程中，分散液與基材的匹配性也是關(guān)鍵之一。由于碳納米管分散液的表面張力與表面能受限于所選擇的分散液系統(tǒng)，對(duì)于表面能較低的基材如聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate, PMMA)、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚丙烯(Polypropylene, PP)、聚乙烯(polyethylene, PE)、聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene, PTFE)等，則難以用涂布方式形成碳納米管導(dǎo)電膜。此外，目前僅有噴霧涂布可能在非平面基材上形成納米碳材導(dǎo)電膜，但仍面臨涂布均勻性與材料利用率偏低等問(wèn)題。綜上所述，目前亟需新的方法在不同基材上形成碳材導(dǎo)電膜。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005]本發(fā)明一實(shí)施例提供一種碳材導(dǎo)電膜的轉(zhuǎn)印方法，包括:提供第一基材；在第一基材的表面上形成無(wú)機(jī)氧化層，無(wú)機(jī)氧化層的總表面能介于30mJ/m2至75mJ/m2之間，且無(wú)機(jī)氧化層表面的色散成分表面能與總表面能的比值介于0.4至0.8之間；將碳材分散液涂布于無(wú)機(jī)氧化層上；烘干碳材分散液，以在無(wú)機(jī)氧化層上形成碳材導(dǎo)電膜；將碳材導(dǎo)電膜浸入溶劑中，以分離碳材導(dǎo)電膜與無(wú)機(jī)氧化層；以及將第二基材與分離的碳材導(dǎo)電膜貼合，使碳材導(dǎo)電膜轉(zhuǎn)印至第二基材上?！尽緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】】
[0006]圖1至4為本發(fā)明一實(shí)施例中，將碳材導(dǎo)電膜由第一基材轉(zhuǎn)印至第二基材的示意圖；以及
[0007]圖5至7為本發(fā)明一實(shí)施例中，將碳材導(dǎo)電膜由第二基材轉(zhuǎn)印至第三基材的示意圖。
[0008]【主要附圖標(biāo)記說(shuō)明】
[0009]11~第一基材；
[0010]13~無(wú)機(jī)氧化層；
[0011]15~碳材導(dǎo)電膜；
[0012]17~第二基材；
[0013]19~粘著層；
[0014]21~第三基材。
【【具體實(shí)施方式】】
[0015]首先如圖1所示，在第一基材11的表面上形成無(wú)機(jī)氧化層13。第一基材11的材質(zhì)并無(wú)特殊限制，只要能形成無(wú)機(jī)氧化層13于其上，并能忍受后續(xù)制程條件即可。在本發(fā)明一實(shí)施例中，形成無(wú)機(jī)氧化層13的方法為濕式制程，比如將無(wú)機(jī)氧化物粒子的分散液涂布于第一基材11的表面后烘干，且無(wú)機(jī)氧化物粒子為溶劑相的溶膠。在此實(shí)施例中，無(wú)機(jī)氧化物粒子的尺寸介于2nm至200nm之間。若無(wú)機(jī)氧化物粒子尺寸過(guò)大，則因表面粗糙度過(guò)大而會(huì)影響納米碳材的涂布 成膜特性，不易形成均勻的碳材導(dǎo)電膜。在本發(fā)明另一實(shí)施例中，形成無(wú)機(jī)氧化層13的方法為干式制程，比如蒸鍍沉積、濺鍍沉積、化學(xué)氣相沉積法、或物理氣相沉積法。無(wú)機(jī)氧化物層13的組成可為氧化硅、氧化鋯、氧化鋁、氧化錫、氧化鈦、氧化鋅、或上述的組合。不論采用何種制程，最后形成的無(wú)機(jī)氧化層13的總表面能介于30mJ/m2至75mJ/m2之間，且色散成分表面能與總表面能的比值介于0.4至0.8之間。關(guān)于總表面能與色散成分表面能的定義詳見(jiàn)Journal of Achievements inMaterials andManufacturing Engineering, 24, 137-145 (2007)，并利用 Owens-Wendt 所提出的幾何平均法進(jìn)行固體表面能的計(jì)算。若無(wú)機(jī)氧化層13的總表面能過(guò)低，將無(wú)法形成碳材導(dǎo)電膜于其上。若無(wú)機(jī)氧化層13的色散成分表面能與總表面能的比值過(guò)低(即色散成分表面能過(guò)低)，則無(wú)法以浸潤(rùn)溶劑的方式剝離形成于無(wú)機(jī)氧化層13上的碳材導(dǎo)電膜。若無(wú)機(jī)氧化層13的色散成分表面能與總表面能的比值過(guò)高(即色散成分表面能過(guò)高)，亦無(wú)法以浸潤(rùn)溶劑的方式剝離形成于無(wú)機(jī)氧化層13上的碳材導(dǎo)電膜。
[0016]接著如圖2所示，將碳材分散液涂布于無(wú)機(jī)氧化層13上，并烘干碳材分散液，以形成碳材導(dǎo)電膜15于無(wú)機(jī)氧化層13。上述碳材分散液的碳材可為碳納米管、石墨烯、氧化石墨烯、還原的氧化石墨烯、石墨烯納米帶、或上述的組合。在本發(fā)明一實(shí)施例中，碳材分散液的碳材濃度介于0.01￥1:%至1.0wt%之間。若碳材分散液的碳材濃度過(guò)高,則不易形成完全均勻分散的分散液。若碳材分散液的碳材濃度過(guò)低，則在需形成一定厚度或?qū)щ娞匦缘奶疾膶?dǎo)電膜條件下，必須以涂布較厚的濕膜或是多層涂布的方式達(dá)成，但容易面臨因干燥過(guò)程干燥速率不均而導(dǎo)致非均勻成膜的問(wèn)題。將碳材分散液涂布于無(wú)機(jī)氧化層13上的方法可為線棒涂布、噴霧涂布、狹縫模具式涂布、微凹版印刷式涂布、浸潤(rùn)式涂布、旋轉(zhuǎn)式涂布、或其他常見(jiàn)的涂布方式。在本發(fā)明一實(shí)施例中，烘干碳材分散液的溫度介于30°C至180°C，且烘干時(shí)間介于10秒至2小時(shí)。在本發(fā)明另一實(shí)施例中，烘干碳材分散液的溫度介于60°C至140°C，且烘干時(shí)間介于30秒至I小時(shí)。若烘干步驟的溫度過(guò)低及/或時(shí)間過(guò)短，則無(wú)法烘干碳材分散液以形成碳材導(dǎo)電膜15。若烘干步驟的溫度過(guò)高及/或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)使碳材導(dǎo)電膜15與無(wú)機(jī)氧化層13的作用力過(guò)大，而無(wú)法以浸潤(rùn)溶劑的方式剝離形成于無(wú)機(jī)氧化層13上的碳材導(dǎo)電膜15。
[0017]接著如圖3所示，將第一基材11、無(wú)機(jī)氧化層13、及碳材導(dǎo)電膜15的多層結(jié)構(gòu)浸入溶劑中，以分離碳材導(dǎo)電膜15與無(wú)機(jī)氧化層13。在本發(fā)明一實(shí)施例中，溶劑可為水、醇類、或其他常見(jiàn)的極性溶劑。
[0018]接著如圖4所示，將第二基材17置于碳材導(dǎo)電膜15上，使第二基材17與碳材導(dǎo)電膜15貼合，以完成碳材導(dǎo)電膜15的轉(zhuǎn)印步驟。在本發(fā)明一實(shí)施例中，第二基材17可為玻璃、塑膠、或合成樹(shù)脂如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚二甲基硅氧 烷、或聚四氟乙烯。在本發(fā)明一實(shí)施例中，第二基材17可為非平面基材如曲面基材。值得注意的是，形成于非平面的第二基材17上的碳材導(dǎo)電膜15具有均勻厚度。
[0019]在本發(fā)明另一實(shí)施例中，進(jìn)一步施加粘著層19于碳材導(dǎo)電膜15的表面上。如圖5所示，碳材導(dǎo)電膜15夾設(shè)于第二基材17與粘著層19之間。雖然圖5中的粘著層19形成于碳材導(dǎo)電膜15的所有表面上,但粘著層19亦可只形成于碳材導(dǎo)電膜15的部分表面上(即點(diǎn)膠)，應(yīng)視需要而定。粘著層19可為光固化膠如3M公司的L0CA-2175、EAS-1616與Dow Corning的UV-SIL 400等，熱固化膠如購(gòu)自漢克股份有限公司的水膠RZ-570，水氣固化膠如Dow Corning的硅膠-9176L，或感壓膠如3M公司的0CA_8142、8262等。
[0020]接著如圖6所示，將第三基材21貼合至粘著層19上，且貼合方式可為熱壓合、真空貼合、或類似方法。接著固化粘著層19，其固化方式可為光固化、熱固化、水氣固化、或壓力固化，應(yīng)視粘著層19的型態(tài)而定。最后將第二基材17移除，即將碳材導(dǎo)電層15轉(zhuǎn)印至第三基材21上。與第二基材17 —樣,第三基材21可為非平面基材如曲面基材,且形成于非平面的第三基材21上的碳材導(dǎo)電膜15具有均勻厚度。
[0021]上述轉(zhuǎn)印制程可進(jìn)一步應(yīng)用于連續(xù)制程如卷對(duì)卷(roll to roll)制程或其他連續(xù)制程以大量生產(chǎn)?？梢岳斫獾氖?，形成于第一基材11上的無(wú)機(jī)氧化層13可重復(fù)使用。與現(xiàn)有技術(shù)中先形成碳材導(dǎo)電膜于基材上，再蝕刻移除基材以得到碳材導(dǎo)電膜的方法相比，本發(fā)明的方法不但較簡(jiǎn)單也較省時(shí)。
[0022]為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉多個(gè)實(shí)施例配合所示附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下:
[0023]【實(shí)施例】
[0024]本發(fā)明實(shí)施例使用的碳納米管為經(jīng)純化的單層碳納米管(Single-walIedcarbonnanotube, SWNT)，其制備方法為飄浮觸媒化學(xué)氣相沉積法，請(qǐng)參見(jiàn)臺(tái)灣專利1306834。碳納米管分散液的制備取SWNT、十二烷基苯磺酸鈉(sodium dedocylbenzene sulfonate)及去離子水以重量比0.1/0.2/100.0方式混合，并以超聲波振蕩器(Sonicator 3000，購(gòu)自Misonix)進(jìn)行振蕩分散十分鐘即可得SWNT分散液。[0025]基材的表面能則分別利用純水與二碘甲烷進(jìn)行接觸角的測(cè)量，并利用Owens-Wendt所提出的幾何平均法進(jìn)行固體表面能的計(jì)算,公式如式1:
【權(quán)利要求】
1.一種碳材導(dǎo)電膜的轉(zhuǎn)印方法，包括: 提供第一基材； 在該第一基材的表面上形成無(wú)機(jī)氧化層，該無(wú)機(jī)氧化層的總表面能為30mJ/m2至75mJ/m2，且該無(wú)機(jī)氧化層表面的色散成分表面能與總表面能的比值為0.4至0.8 ; 將碳材分散液涂布于該無(wú)機(jī)氧化層上； 烘干該碳材分散液，從而在該無(wú)機(jī)氧化層上形成碳材導(dǎo)電膜； 將該碳材導(dǎo)電膜浸入溶劑中，從而分離該碳材導(dǎo)電膜與該無(wú)機(jī)氧化層；以及 將第二基材與分離的該碳材導(dǎo)電膜貼合，使該碳材導(dǎo)電膜轉(zhuǎn)印至該第二基材上。
2.如權(quán)利要求1所述的碳材導(dǎo)電膜的轉(zhuǎn)印方法，其中在該第一基材的表面上形成該無(wú)機(jī)氧化層的步驟包括: 將無(wú)機(jī)氧化物粒子的分散液涂布于該第一基材的表面，其中該無(wú)機(jī)氧化物粒子為溶劑相的溶膠；以及 烘干該無(wú)機(jī)氧化物粒子的分散液以形成該無(wú)機(jī)氧化層。
3.如權(quán)利要求2所述的碳材導(dǎo)電膜的轉(zhuǎn)印方法，其中該無(wú)機(jī)氧化物粒子的尺寸為2nm至 200nm。
4.如權(quán)利要求1所述的碳材導(dǎo)電膜的轉(zhuǎn)印方法，其中在該第一基材的表面上形成該無(wú)機(jī)氧化層的步驟包括蒸鍍沉積、濺鍍沉積、化學(xué)氣相沉積法、或物理氣相沉積法。
5.如權(quán)利要求1所述的碳材導(dǎo)電膜的轉(zhuǎn)印方法，其中該無(wú)機(jī)氧化層包括氧化硅、氧化鋯、氧化鋁、氧化錫、氧化鈦、氧化鋅、或上述的組合。
6.如權(quán)利要求1所述的碳材導(dǎo)電膜的轉(zhuǎn)印方法，其中該碳材分散液的碳材包括碳納米管、石墨烯、氧化石墨烯、還原氧化石墨烯、石墨烯納米帶、或上述的組合。
7.如權(quán)利要求1所述的碳材導(dǎo)電膜的轉(zhuǎn)印方法，其中該碳材分散液的碳材濃度為0.01wt% 至 1.0wt % ο
8.如權(quán)利要求1所述的碳材導(dǎo)電膜的轉(zhuǎn)印方法，其中該第二基材包括玻璃、塑膠、或合成樹(shù)脂。
9.如權(quán)利要求8所述的碳材導(dǎo)電膜的轉(zhuǎn)印方法，其中該合成樹(shù)脂包括聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚二甲基硅氧烷、或聚四氟乙烯。
10.如權(quán)利要求1所述的碳材導(dǎo)電膜的轉(zhuǎn)印方法，其中該第二基材包括非平面基材。
11.如權(quán)利要求1所述的碳材導(dǎo)電膜的轉(zhuǎn)印方法，還包括: 在該碳材導(dǎo)電膜的表面上施加粘著層，其中該碳材導(dǎo)電膜夾設(shè)于該第二基材與該粘著層之間； 將第三基材貼合至該粘著層后固化該粘著層，使該碳材導(dǎo)電膜轉(zhuǎn)印至該第三基材上；以及 移除該第二基材。
12.如權(quán)利要求11所述的碳材導(dǎo)電膜的轉(zhuǎn)印方法，其中固化該粘著層的步驟包括熱固化、光固化、水氣固化、或壓力固化。
13.如權(quán)利要求11所述的碳材導(dǎo)電膜的轉(zhuǎn)印方法，其中該第三基材包括非平面基材。
【文檔編號(hào)】B41M5/025GK103786457SQ201210499082
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月29日
【發(fā)明者】郭信良, 黃承鈞, 黃淑娟 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院