一种使用固定磨料制作三维薄膜电极的方法与流程

本发明涉及薄膜电极制造领域，特别是一种使用固定磨料制作三维薄膜电极的方法。

背景技术

申请人在先申请了一种三维碳纳米管薄膜电极和一种三维石墨烯薄膜电极，这两种三维薄膜电极的表层均为高低不平具有三维起伏的薄膜电极层（即导电薄膜），所述三维薄膜电极的导电薄膜摆脱了原来常规薄膜电极平面面积的限制，获得比平面面积更大的接触面积，进而为使用薄膜电极的电子器件性能提升创造有利条件，这种接触面积大幅提升的薄膜电极可广泛应用于储能电池、超级电容、太阳能电池、oled、柔性电子、透明电子等器件领域。但是前述三维薄膜电极对表层的三维起伏加工存在制造麻烦，变形效果控制、制造周期长、生产效率低等问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有三维薄膜电极表层的薄膜电极层变形加工麻烦、变形效果难控制以及制造周期长效率低等缺陷，本发明提供一种使用固定磨料制作三维薄膜电极的方法，所述制作方法制作三维薄膜电极表层形变加工操作简单、变形效果易控制，而且制造周期短、生产效率高。

本发明解决技术问题采用的技术方案：一种使用固定磨料制作三维薄膜电极的方法，包括依序进行的以下步骤：

（a）磨料垫挤压薄膜电极，使用表面固定磨料的磨料垫靠近抵触薄膜电极，然后沿垂直薄膜电极表层平面的方向对磨料垫施压，挤压薄膜电极表层，使磨料垫上的磨料嵌入薄膜电极表层，让所述表层产生形变生成与磨料形状相配的三维起伏，所述磨料固定于磨料垫的挤压侧表面并凸出于磨料垫，所述薄膜电极由基底层和设于其上的薄膜电极层组成，且薄膜电极层为薄膜电极表层；

（b）移除磨料垫，解除对磨料垫的施压并沿垂直薄膜电极表层平面的方向移除磨料垫，制得三维薄膜电极，所述三维薄膜电极表层设有高低不平的三维起伏，所述三维起伏和磨料垫上的磨料嵌入薄膜电极表层部分的形状相配。

本发明通过表面固定磨料的磨料垫挤压薄膜电极表层，让磨料嵌入薄膜电极表层，产生和所嵌入的磨料形状相配凹凸变形的压痕，将薄膜电极表层由原来平面状态更改为三维的高低起伏，获得具有更大导电接触面积的三维薄膜电极，形变后的薄膜电极层厚度变小但仍可以保持良好的导电性能，所述加工方法为纯机械方式，加工操作简单方便，改变施压大小就能控制变形效果即压痕的深浅，而且挤压加工的制造周期短、生产效率高，使用过的磨料垫马上可以再次使用，对新的薄膜电极挤压加工。本发明中的挤压加工可以借助半导体加工领域中的cmp（chemicalmechanicalplanarization）设备实现，cmp是一种化学腐蚀和机械去除相结合的抛光技术，其工作原理是采用坚硬的固态磨料来磨削较软的材料表面，实现材料表面全局平整化，但是在本发明所述加工方法中则是提升表面的粗糙度，具体是让材料表面具有高低起伏不平的压痕，其中磨料散布固定在cmp设备的抛光垫，把所述抛光垫改造为发明所需的磨料垫，挤压过程中薄膜电极固定不动，薄膜电极表层的薄膜电极层为可受挤压变形的薄膜材料制成，磨料垫移动并施压于薄膜电极上形成压痕。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明采用如下技术措施：所述步骤（a）中磨料镶嵌固定于磨料垫上，所述磨料垫上开有和磨料镶嵌端匹配的嵌孔。磨料镶嵌在磨料垫上加工方便、成本低。

所述薄膜电极的基底层为单层结构或多层结构。薄膜电极的基底层可以是单层或多层结构，其中单层结构为单一材料层，多层结构为多个不同材料层，单层或多层的基底层可以满足不同薄膜电极使用需要。

所述基底层为单层的变形层，变形层在步骤（a）所述的挤压过程中随薄膜电极层形状改变同步形变；或者所述基底层为单层的刚性层，刚性层在步骤（a）所述的挤压过程中保持平面状态不随薄膜电极层形状改变同步形变。当薄膜电极层依靠自身厚度产生的形变不能满足应用要求的三维起伏时，可以通过单层的形变层（基底层）在挤压过程中随薄膜电极层一起形变来放大变形效果，让薄膜电极层具有更大的形变空间，用更大幅度的三维起伏增加薄膜电极层的导电接触面积，满足更大导电接触面的应用需求；当薄膜电极层依靠自身厚度产生的形变已经能满足应用要求的三维起伏时，基底层为刚性层，在挤压过程中保持平面状态不发生形变。

所述基底层为多层结构，多层结构中紧邻薄膜电极层的一层为变形层，变形层在步骤所述的挤压过程中随薄膜电极层形状改变同步形变；或者多层结构中紧邻薄膜电极层的一层为刚性层，刚性层在步骤（a）所述的挤压过程中保持平面状态不随薄膜电极层形状改变同步形变。当薄膜电极层依靠自身厚度产生的形变不能满足应用要求的三维起伏时，可以通过多层结构基底层中紧邻的形变层在挤压过程中随薄膜电极层一起形变来放大变形效果，让薄膜电极层具有更大的形变空间，用更大幅度的三维起伏增加薄膜电极层的导电接触面积，满足更大导电接触面的应用需求；当薄膜电极层依靠自身厚度产生的形变已经能满足应用要求的三维起伏时，多层结构基底层中紧邻的一层为刚性层，在挤压过程中保持平面状态不发生形变。

所述薄膜电极层基于石墨烯薄膜或碳纳米管薄膜制成。基于石墨烯薄膜或碳纳米管薄膜制成的薄膜电极层具有良好的力学性能，在受压过程中不会受损或者很少受损，结合材料本身良好的延展性，最后制得的三维薄膜电极可以保持良好的导电性能。此外，本发明所述的加工方法也适用于其它和基于石墨烯薄膜或碳纳米管薄膜制成的薄膜电极层一样有柔性可延伸性的薄膜电极层。

本发明通过表面固定磨料的磨料垫挤压薄膜电极表层，让磨料嵌入薄膜电极表层，产生和所嵌入的磨料形状相配凹凸变形的压痕，将薄膜电极表层由原来平面状态更改为三维的高低起伏，获得导电接触面积大幅提升的三维薄膜电极，所述加工方法为纯机械方式，加工操作简单方便，改变施压大小就能控制变形效果，而且挤压加工的制造周期短、生产效率高。

附图说明

图1：本发明实施例1所述磨料垫和薄膜电极的结构示意图。

图2：本发明实施例1所述加工示意图。

图3：本发明实施例1制成的三维薄膜电极的结构示意图。

图4：本发明实施例2制成的三维薄膜电极的结构示意图。

图中：1.基底层、2.薄膜电极层、3.磨料、4.磨料垫。

具体实施方式

下面结合附图说明和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

实施例1如图1所示，一种使用固定磨料制作三维薄膜电极的方法，包括依序进行的以下步骤：

（a）磨料垫挤压薄膜电极，使用表面固定磨料3的磨料垫4靠近抵触薄膜电极，然后沿垂直薄膜电极表层平面的方向对磨料垫4施压，挤压薄膜电极表层，使磨料垫上的磨料3嵌入薄膜电极表层，让所述表层产生形变生成与磨料3形状相配的三维起伏（参见图2，图中箭头为施压方向），所述磨料3固定于磨料垫4的挤压侧表面并凸出于磨料垫4，所述薄膜电极由基底层1和设于其上的薄膜电极层2组成，且薄膜电极层2为薄膜电极表层；

（b）移除磨料垫4，解除对磨料垫4的施压并沿垂直薄膜电极表层平面的方向移除磨料垫4，制得三维薄膜电极（参见图3），所述三维薄膜电极表层设有高低不平的三维起伏，所述三维起伏和磨料垫4上的磨料3嵌入薄膜电极表层部分的形状相配。

本发明所述加工方法通过表面固定磨料的磨料垫挤压薄膜电极表层，让磨料嵌入薄膜电极表层，产生和所嵌入的磨料形状相配凹凸变形的压痕，将薄膜电极表层由原来平面状态更改为三维的高低起伏，获得具有更大导电接触面积的三维薄膜电极，所述加工方法为纯机械方式，加工操作简单方便，改变施压大小就能控制变形效果即压痕的深浅，而且挤压加工的制造周期短、生产效率高，使用过的磨料垫马上可以再次使用，对新的薄膜电极挤压加工。

如图1所示，磨料3镶嵌固定于磨料垫4上，所述磨料垫4上开有和磨料3镶嵌端匹配的嵌孔；所述薄膜电极的基底层1为单层结构或多层结构。

本实施例中的基底层1为单层的变形层，变形层在步骤a所述的挤压过程中随薄膜电极层2形状改变同步形变（参见图2和图3）。此外，基底层1还可以是多层结构，多层结构中紧邻薄膜电极层2的一层为变形层，变形层在步骤a所述的挤压过程中随薄膜电极层2形状改变同步形变。

本实施例中所述薄膜电极层2基于石墨烯薄膜制成，此外也可以是基于碳纳米管薄膜制成。基于石墨烯薄膜或碳纳米管薄膜制成的薄膜电极层具有良好的力学性能，在受压过程中不会受损或者很少受损，结合材料本身良好的延展性，最后制得的三维薄膜电极可以保持良好的导电性能。

实施例2如图4所示，一种使用固定磨料制作三维薄膜电极的方法，和实施例1的区别之处在于所述基底层1为单层的刚性层，其余部分和实施例1相同，加工时刚性层在步骤a所述的挤压过程中保持平面状态不随薄膜电极层2形状改变同步形变。此外，基底层1也可以是多层结构，多层结构中紧邻薄膜电极层2的一层为刚性层，刚性层在步骤a所述的挤压过程中保持平面状态不随薄膜电极层2形状改变同步形变。