一种聚苯胺薄膜的激光刻蚀加工方法

技术领域

本发明属于薄膜刻蚀技术领域，涉及一种微米级聚苯胺层图案化加工方法，特别涉及一种聚苯胺薄膜的激光刻蚀加工方法。

背景技术

聚苯胺是一种重要且特殊的有机导电高分子材料，可以进行溶液和溶融加工，再加上其独特的化学、电化学性能，已成为最具研究价值的导电高分子品种。导电高分子材料聚苯胺呈粉末状，与其他类型的导电高聚物相比，在进行有效掺杂的情况下，其导电性也会得到很大提高，因此，聚苯胺被认为是最有希望在实际中得到应用的导电高分材料。

相对金属，导电聚合物的导电性可以改变。聚苯胺是一种具有长程共轭结构的本征导电高分子材料，其电导率随着外界条件的变化而可逆变化。聚苯胺有三种可稳定的氧化还原状态以及瞬间稳定的中间状态—(介态)。聚苯胺三种稳定的氧化还原状态为全还原态、半氧化态和全氧化态。其中全还原态和全氧化态为绝缘态；介态是聚苯胺材料由半氧化态(导电屏蔽状态)向全氧化/全还原态转变过程中电导率出现拐点的状态，具有可逆切换速度快但状态稳定区间小的特点。基于聚苯胺的这些特点，在外加电场作用下可以实现其导电率的可控变化，用于智能材料以及智能开关领域。

为了实现聚苯胺材料快速可控变化，需对其进行分块化多区域电控设计，因此需要对聚苯胺层以及电极电路等进行精细加工。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种聚苯胺薄膜的激光刻蚀加工方法，通过引入激光刻蚀的加工工艺实现了微米级厚度聚苯胺材料的精密图案化加工，也实现了电极(金属镀层)上聚苯胺材料的可控去除，也可满足上述两种情况下任意组合加工。该工艺方法为分块多区域的电场作用于聚苯胺层提供了可行的技术途径，可大幅度提高聚苯胺在外加电场作用下的电导率变化响应速度。

本发明提供的技术方案如下：

一种聚苯胺薄膜的激光刻蚀加工方法，包括：

采用激光刻蚀对柔性薄膜基材上微米级厚度聚苯胺层进行图案化加工或对柔性薄膜基材的金属镀层上微米级厚度聚苯胺层进行图案加工与去除。

根据本发明提供的一种聚苯胺薄膜的激光刻蚀加工方法，具有以下有益效果：

为实现在外加电场作用下聚苯胺电导率变化，需要聚苯胺层厚度小，在微米及亚微米尺寸量级，在这种情况下，常规的加工方式无法满足其图案化加工需求。而激光刻蚀工艺可以实现薄层材料加工，但多用于金属镀层加工，对于有机材料加工几乎没有报道，通过本发明研究，将激光刻蚀用于薄层聚苯胺加工具备可行性，且加工精度可实现50μm。本发明不仅实现了聚苯胺材料的图案化加工，也为有机类薄涂层加工提供了新的技术方案

附图说明

图1为柔性薄膜基材或金属镀层上聚苯胺层的图案加工与去除示意图；

图2为实施例1刻蚀加工后试样局部放大图；

图3为实施例2刻蚀加工后试样局部放大图；

图4为实施例3刻蚀加工后试样局部放大图。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

本发明提供了一种聚苯胺薄膜的激光刻蚀加工方法，以柔性聚酰亚胺薄膜或聚酯薄膜为基材，按照设计的电极图案，以铜或铝为材质，采用真空镀膜或化学刻蚀的工艺在基材上实现电极图案制备，然后在基材及电极上涂覆1-3μm聚苯胺层，最后进行激光刻蚀加工，满足聚苯胺层图案化设计要求。具体工艺步骤如下：

(1)在柔性聚酯或聚酰亚胺薄膜上制备图案化金属电极；

(2)在基材及电极上均匀涂覆一层聚苯胺层；

(3)待聚苯胺层中溶液充分挥发后，将其固定于刻蚀机工作区平台，并调节激光刻蚀机使激光焦点落在薄膜的正表面上；

(4)将刻蚀图形引入激光刻蚀软件，并设置好激光刻蚀加工参数和运动参数；

(5)开启激光刻蚀对薄膜进行图案化刻蚀，图案化刻蚀包括但不限于在聚苯胺层上刻蚀宽线槽、去除镀铜上聚苯胺层、在铜镀层和聚苯胺层之间刻蚀出间隙，见图1。

为实现在外加电场作用下聚苯胺电导率变化，需要聚苯胺层厚度小，在微米及亚微米尺寸量级，在这种情况下，常规的加工方式无法满足其图案化加工需求。而激光刻蚀工艺可以实现薄层材料加工，但多用于金属镀层加工，对于有机材料加工几乎没有报道，通过本申请研究，将激光刻蚀用于薄层聚苯胺加工具备可行性，且加工精度可实现50μm，加工后不损伤薄膜或金属镀层基材，同时去除部位聚苯胺可实现绝缘性能。

在一种优选的实施方式中，步骤(1)中金属电极的厚度为5-20μm。

在一种优选的实施方式中，步骤(1)中柔性聚酯或聚酰亚胺薄膜的厚度为20-100μm。

在一种优选的实施方式中，步骤(2)中聚苯胺层的厚度为1-3μm。

在一种优选的实施方式中，步骤(4)中刻蚀加工参数包括：激光光斑50±10μm，激光功率3.2±0.2w，激光扫描速率500±50mm/s。

在一种优选的实施方式中，步骤(4)中激光加工设备为纳秒激光设备。

实施例

实施例1

(1)取厚度为50μm聚酰亚胺薄膜一张，尺寸为300mm×300mm，然后再其上喷涂1μm厚度的聚苯胺层；

(2)放置24h以上，待聚苯胺层中溶液挥发完全；

(3)将其固定于刻蚀机工作区平台，并调节激光刻蚀机使激光焦点落在薄膜的正表面上；

(4)在聚苯胺层上刻蚀50μm宽线槽，激光光斑50μm，激光功率3.2w，激光扫描速率500mm/s，完全去除聚苯胺层且保持聚酰亚胺薄膜基材完好。刻蚀加工后试样局部放大图见图2。

实施例2

(1)取厚度为20μm聚酰亚胺薄膜一张，尺寸为300mm×300mm，然后再其上喷涂2μm厚度的聚苯胺层；

(2)放置24h以上，待聚苯胺层中溶液挥发完全；

(3)将其固定于刻蚀机工作区平台，并调节激光刻蚀机使激光焦点落在薄膜的正表面上；

(4)在聚苯胺层上刻蚀100μm宽线槽，激光光斑50μm，激光功率3.2w，激光扫描速率500mm/s，完全去除聚苯胺层且保持聚酰亚胺薄膜基材完好。刻蚀加工后试样局部放大图见图3。

实施例3

(1)取厚度为40μm聚酰亚胺薄膜一张，尺寸为300mm×300mm，然后再其上真空镀铜，镀铜尺寸为宽度1mm，厚度5μm；

(2)在基材及电极上均匀涂覆1μm厚度的聚苯胺层；

(3)放置24h以上，待聚苯胺层中溶液挥发完全；

(4)将其固定于刻蚀机工作区平台，并调节激光刻蚀机使激光焦点落在薄膜的正表面上；

(5)开启刻蚀机，激光光斑50μm，激光功率3.2w，激光扫描速率500mm/s，首先去除镀铜上聚苯胺层；然后在铜镀层和聚苯胺层之间刻蚀出400-800μm间隙，去除聚苯胺层后，万用表测量确保间隙之间绝缘，且保持聚酰亚胺薄膜基材及铜镀层完好。刻蚀加工后试样局部放大图见图4。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。