设备防尘罩印刷技术在制造电子产品中以其快速、大面
积、精确可控等优点，成为制备电子产品的一个极
为重要的手段。其中作为四大印刷之一的丝网印刷
技术，以其可控的油墨墨层实现图像原稿再现，墨
层厚度范围可从1μm到300μm，承印尺寸范围可
在几微米到几平方米之间，承印物范围广泛，甚至
承印材料呈液体或悬浮于液体中等优点，在印刷电
子领域更是发挥了重要作用。目前，随着电子科学
技术发展以及人们对电子产品使用意识的加深，电
子产品发挥的作用已经逐步影响到现实生活的各个
方面。其中，透明导电膜在电子产品中的关键作用
越来越突出，因其自身透明与导电这对矛盾体的组
合特征，在现今电子产品制备中的透明导电膜的使用需求及技术要求都越来越得到人们的重视。为了更好的了解印刷电子技术，本文将专门针对透明导电膜技术，结合透明导电膜的特点及材料性能等方面，对导电透明膜进行一个初步分析，希望能够方便业内相关从业者了解透明导电膜，从而为进一步了解在印刷电子中的技术特点，并初步提供相关技术资料。
透明导电膜的应用
文 孙加振 魏先福 黄蓓青DOI：10.3969/j.issn.1007-2160.2014.05.2
透明导电膜被广泛应用于触控面板、平板显示、
电磁屏蔽、太阳能光伏器件、汽车窗加热、变玻璃
等领域。据Nanomarket公司在2010年公布的预测，
能电池、OLED显示与照明的巨大潜在市场，仅平板
显示、触摸屏、薄膜太阳能电池与有机发光照明等高
端应用对透明导电膜的需求到2017年将达到5亿立方
米。透明导电膜的市场在2010年已达到24亿美元，
到2017年将增加到76亿美元，年增长率为45%。因
此，初步预计涉及制备透明导电膜的技术需求将会得
到越来越多的关注和重视，为了更好的了解印刷电子
理应掌握透明导电膜的发展现状。
透明导电膜的特性
透明导电膜是一种在可见光范围内 （λ=380nm-780nm） 透光率较高（90%以上）、导电性优良（电阻率一般低于10-3Ω·cm）的薄膜材料。从物理学角度来看，显然物质的透光性和导电性，在透明导电膜上将体现为一对矛盾体。因为，为了使材料具有导电性，按照能带理论要求在其费米球附近的能级分布密集，被电子占据的满价带能级和空导带能级之间不存在带隙，但这
样当有入射光进入时，很容易产生内光电效应，光子由于激发电子失掉能量而衰减；而从透光性的角度不希望产生内光电效应，就要求其禁带宽度必须大于光子能量。因此透明就意味着材料的能带隙宽度大（Eg>3eV）而自由电子少，导电就意味着材料的自由电子多就像金属，从而不透明。只有能同时满足这两种条件的材料才能使用在透明导电膜上，这就从理论和工艺上给人们提出了有趣的矛盾。线圈盘
透明导电膜的基材
还原剂加药装置
目前，最为广泛应用的透明导电膜是制备在玻璃、陶瓷等硬质基材上的，但这些基材大多质脆、不易变形，限制了透明导电薄膜的应用。因此，与这种硬质基材透明导电膜相比，在有机柔性基材上制备的透明导电薄膜不仅具有相同的光电特性，而且还具有许多其他独特优点，如：可弯曲、重量轻、不易破碎、可以采用卷对卷工业化连续生产方式，有利于提高效率、便于运输等。随着电子器件朝轻薄化方向发展，柔性透明导电薄膜有望成为硬质基材透明导电薄膜的更新换代产品，因此其研究备受关注。
柔性透明导电膜的制备首先是选择合适的柔性基材，对柔性基材的选择除了要求材料的透明性好（T≥90％）之外，还应考虑其与透明导电层之间的匹配性、附着性。另外根据透明导电膜制备方法、工艺及使用的不同，柔性基材还要有一定的热稳定性和化学稳定性。可用作柔性基材的有：聚对苯二甲酸乙二醇酯（Poly-ethykeneterephthalate简称
PET）、聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）、聚酰亚胺（Polyimide，PI）等，其中最常用的柔性基材为PET薄膜。
为了有效地提高柔性透明导电膜的各项性能，一
般在基材上制作导电层之前，需先对基材做预处理。
预处理方法与导电层的制备方法及工艺有着密切关系，如目前柔性透明氧化物导电膜对基材的预处理方法主要是在基材上沉积缓冲层，使其阻隔性提高，以利于导电层生长，从而降低导电薄膜的电阻率。常用的缓冲层有Al 2O 3、SiO 2、ZnO和PI等。
透明导电膜分类
根据导电层材料的不同，目前应用的透明导电膜主要分为：金属系、氧化物膜系（或称半导体）、高分子膜系、复合膜系及其他透明导电膜等。
亿万像素表1 各种透明导电薄膜性能指标比较
氧化物透明导电薄膜由于其优良的光电特性，如较低的电阻率、高的可见光透过率等优点而作为透明电极广泛应用在平面显示、太阳能电池、触摸屏、可加热玻璃窗中等。目前ITO薄膜实际应用最广，其靶材制备与成膜工艺较为成熟。其中，ITO膜是目前研究和应用最广泛的氧化物透明导电薄膜之一，它的电阻率介于10-3～10-4Ω·cm之间，可见光的透过率达85％以上。对In 2O 3和SnO 2的能带研究
表明，符合化学计量比的In 2O 3和Sn02均为宽禁带绝缘体。要想能导电且对可见光透明，则必须使其半导化，即掺杂半导化或组分缺陷半导化。ITO膜优异的性能，使其在目前透明导电薄膜中，尤其在平板显示器所用的导电薄膜中占绝对的地位。
但由于ITO薄膜中In 2O 3价格昂贵，成本较高，而且铟有剧毒，在制备和应用中会对人体有害；另
外，Sn和In的原子量较大，成膜过程中容易渗入到基材内部，毒化基材。并且，真空溅射沉积的制造成本高、材料浪费严重，ITO适于沉积在玻璃表面，沉积在柔性材料商连续薄膜会因衬底材料弯曲而断裂。因此，开发替代ITO的新型透明导电膜制备技术是目前国际上一个非常活跃的领域。
其他新型导电透明膜
ZnO基薄膜研究迅速进展已可与ITO相比拟，原材料方面ZnO使用的是成本低的Zn，产量远高于ITO
的In。ZnO基导电膜中以AZO薄膜的研究最为广泛，突出优势是易得的原料，低廉的制造成本，无毒易掺杂，且等离子体稳定性好，因而有可能成为ITO的替代产品。另外，同为无机材料GZO与ITO电阻值、光穿透率相近，价格极具吸引力，也被看成是一种替代方案。台湾工研院携手台湾设备厂启动GZO薄膜试产，可将厚度仅0.1mm的GZO涂布于玻璃上，并将锁定软性背板，推行与卷对卷（Roll to Roll）制程相容的解决方案，目前主要还是良率的问题。
导电高分子材料不断用于电子器件生产制备，且能用印刷技术制造在弯曲性电子产品上。受关注
度最高的导电高分子材料是PEDOT（聚乙撑二氧噻吩），像普利司通（Bridgestone）2009年发布的电
子纸试制品上就采用了PEDOT类高分子，科研人员
特别是日本研究机构一直在致力于PEDOT类导电高分子的研究，目前唯一的难点在于如何同时确保透光性和导电性。
另外值得一提的是一维纳米材料，重量轻、六边形结构连接完美的碳纳米管，其以许多异常的力学、电学和化学性能，是纳米材料制备透明导电膜的前沿技术，另外其他还有像纳米Ag线技术、石墨烯薄膜等等。其中，纳米Ag线技术较成熟的以美商康世医疗（Carestream Advanced Materials）的FLEXX透明导电薄膜为主，具备高挠曲性、低阻值、高透光率等优势，可以取代ITO导体材料。一些厂商如大日本印刷和富士胶片尝试利用纳米印刷技术将Ag线在薄膜上印刷图案来作为透明电极使用。另外，2010年韩国三星集团联合一些科研机构用石墨烯薄膜制做了30英寸的柔性透明电极。
印刷法制备透明导电膜前沿技术简介
在替代ITO透明导电膜的技术中，基于纳米金属的透明导电膜最为成熟。金属透明导电膜，多以金属栅网型为主，制备可分成蚀刻法、纤维编织法、印刷法以及银盐法等。其中近年推出的印刷法是制备透明导电膜的新工艺，具有成本低、柔韧性好、表面电阻可调等优点。
Tvingstedt、Inganas报道了利用简单易行的平板印刷方法，制备了宽幅在20μm~40μm、间距为100μ
m~800μm、厚度为100nm的银线网格。该银线网格的透光率为85%，其面电阻仅为0.5Ω·cm-2。这一透明薄膜对波长大于800nm的光有明显优于ITO的透光率。
Galagan等人利用丝网印刷的方法在PEN薄膜上制备了具有线宽160μm、间距为5mm的蜂窝栅网格，在此技术上利用旋涂的方法沉积一层高导电性的PEOT:PSS薄膜，制备了高性能的透明导电电极。该电极的面电阻为1Ω·cm-2，平均透光率在70%左右。利用其制备的大面积有机薄膜光伏器件的填充因子可达0.53，效率达1.9%，比利用ITO/ PEOT:PSS电极的电池提高了一倍。
德国PolyIC公司采用纳米银油墨进行凹版印刷，制备了导电性与透光性均优的透明导电膜。2013年7月通过鉴定的一种新型大尺寸电子触摸屏由南京点面光电公司与德国POLYIC公司合作研发。另外，在江苏省驻德国巴符州办事处的推动下，南京点面光电公司与德国POLYIC公司开展技术合作，探索触摸屏领域应用印刷电子技术。采用新技术生产大尺寸触摸屏，生产效率能大幅提高，成本可降低30%以上。这种新型触摸屏可广泛应用于平板电脑、手机、物联网等领域。
宝石饰品
苏州纳格光电公司利用纳米压印与纳米银浆印刷相结合的方法，只需将50纳米以下的纳米银颗粒“印”在膜上，过程简单，节能环保，这种在生产时一次实现所有图案化电极的技术也是全球首创。
中国科学院化学研究所将喷墨技术应用于电子电路的制备，开展了一系列的研究工作。通过调控晶核的生成和生长过程，合成了具有单分散性的银纳米颗粒，成功的应用于RFID天线的喷墨打印，取得了
建筑证书管理
良好的识别距离。基于以上研究成果，他们提出了利用喷墨打印过程中的咖啡环效应组装高精度电路的方法，通过表面能调控打印基底的浸润性，使得打印液滴在基材上具有稳定的三相接触线，成功组装得到线宽为5μm-10μm的金属纳米粒子沉积图形。该研究对于理解和控制喷墨打印过程中液滴在基底上的铺展、浸润及纳米粒子的有序组装具有重要意义，并可望应用于制备高透明导电膜。
作者简介
孙加振 材料物理与化学专业在读博士
魏先福 教授 北京印刷学院
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