青岛理工《先进材料》：高性能金属网格的电场驱动喷射沉积微纳3D打印与UV辅助微转印复合制造

近年来，电加热玻璃在全球市场内的需求逐年增加，大大刺激了透明电极在透明电加热玻璃领域的的应用和发展。金属网格因其具有固有电学性能好、雾度小、透光率高、与玻璃基底附着力强且制造成本低等优势成为替代ITO玻璃较为理想的透明电极，在透明电加热玻璃领域表现出广阔的应用前景。

图1 ITO玻璃与典型的ITO替代材料制造成本与性能间的关系（来源：J. Mater. Chem. C, 2019, 7(5): 1087-1110）

然而，无论是产业界广泛采用的丝网印刷工艺和夹丝工艺，还是学术界提出的喷墨打印、电喷印、纳米压印、光刻、激光直写及电沉积等金属网格先进制造工艺或技术均难以实现高光电性能、高附着力透明金属网格的低成本批量化制造（如汽车、飞机、舰船及重要军事设备挡风玻璃的除霜、除雾及抗冰性能要求较高）。

基于以上问题，青岛理工大学的兰红波教授团队利用自主研发的电场驱动喷射沉积微纳3D打印技术，巧妙复合新发展的UV辅助微转印工艺在玻璃基底上实现了高综合性能金属网格的制造。相关成果发表在国际顶尖期刊《Advanced Materials》上，朱晓阳博士与许权硕士为共同第一作者，朱晓阳博士与兰红波教授为共同通讯作者。该复合制造工艺的基本原理是采用电场驱动喷射沉积微纳3D打印技术制造具有高分辨率、大高宽比的微模具；然后通过刮涂填充、UV辅助微转印及烧结后处理等工艺在玻璃基底上实现高分辨率、大高宽比金属网格制造（如图2、3）。对玻璃基底上附着的金属网格通电后即可实现玻璃的快速加热。

图2 高性能透明电加热玻璃复合制造工艺原理

图3 所制造不同图案及高宽比的金属网格SEM图像

所制造的透明电加热玻璃具有非常高的综合光电性能，在保证94%透光率的前提下，金属银网格方阻可降低至0.21Ω/sq，雾度小于1%，超过目前绝大多数透明导电膜综合光电性能（如图4）；而且，该工艺制造的透明电加热玻璃具有较快的热响应速度、较好的加热均匀性、稳定性、环境适应性及非凡的附着力（如图5）。

图4 透明电加热玻璃的综合光电性能

图 5 透明电加热玻璃的加热及机械特性

所提出的复合制造工艺充分利用了电场驱动喷射沉积微纳3D打印技术可低成本制造大面积（可达米级）、大高宽比及高分辨率微尺度模具及UV辅助微转印技术可实现大高宽比微结构转印的优势，且整个工艺过程设备要求低，成本较低。同时，由于该复合工艺对导电材料的限制较小，可通过选配高电学性能金属浆料进一步提高金属网格导电性。另外，该复合制造工艺不仅在透明电加热玻璃应用方面表现出了广阔的应用前景，在高性能大面积透明柔性及可拉伸电子、透明电磁屏蔽、太阳能电池等领域亦表现出了广阔的应用空间。

图 6 电场驱动喷射沉积微纳3D打印的典型应用

同时，电场驱动喷射沉积微纳3D打印作为一种全新的微纳3D打印技术，在透明电极、血管支架、组织支架、微光学透镜、柔性电子、纸基电子、大面积微模具等诸多领域展现出了巨大的应用前景（如图6）。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201902479

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来源：高分子科学前沿

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