耐溫的透明電導體、制造方法以及用圖
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種帶有透明基材和基材上的導電層的透明的電導體，其中，導電層 具有多個導電的、納米級的添加物，其中，添加物彼此區域性地形成導電性連接，以便形成 導電層，其中，基材由玻璃或玻璃陶瓷原料或者具有玻璃和/或玻璃陶瓷的復合原料形成， 其中，添加物至少區域性地嵌入到基質層中，并且其中，基質層由透明基質材料形成。
【背景技術】
[0002] 透明的電導體由透明的基材材料制成，在該基材材料上施布有透明的導電層。在 此，透明的導電層的突出之處在于良好的電導率，其中，同時還存在對于可見波長范圍中的 光的高透射率。電導體可以構建為在IXD顯示屏、觸摸屏、光伏電池、抗靜電覆層和EMV覆 層中的透明電極。
[0003] 由現有技術已知透明電導體，為了制作該電導體在基材表面上施布一種含有導電 的納米級添加物的液體。根據US8, 049, 333B2特別是使用金屬納米線作為添加物。隨后 蒸發液體，從而使添加物網絡狀地置于基材上。隨后根據US8, 049, 333B2把基質材料施 布到添加物層上。然后，可以把基質材料機械式地壓入到添加物層中。隨后對基質材料時 效硬化。為了實行在US8,049,333B2中所述的方法，需要比較高的技術花費，尤其是以下 方面：首先施布添加物層并且隨后在第二覆層步驟中施布保護基質。此外，通過在該文獻中 所述的方法制作的電導體特別是在溫度影響下不具有針對特定應用所要求的長期穩定性 和耐溫性。
[0004] 由現有技術還已知灶臺，其中，在由玻璃或玻璃陶瓷制成的板下布置有電加熱元 件。此外，在玻璃或玻璃陶瓷板的背側布置有顯示屏或觸摸傳感器。在此，通過濺射或液態 覆層方法把例如IT0覆層或由其他的透明導電氧化物制成的層施布到玻璃或玻璃陶瓷板 的背側上。例如由US7, 309, 405描述了一種用于生產帶有錫摻雜氧化銦（IT0)的覆層的 方法。這種覆層具有高透射率和良好的電導率，并且可以通過濺射方法施布到玻璃陶瓷的 底側上。用于制造這種層的技術花費同樣是非常高。由于銦的供應量萎縮，材料價格提高 是可以預見的，這進而對該方法的可采用性提出了問題。
[0005] 由JP2010 092 650說明了一種在爐灶盤的背側上帶有觸摸面板的灶臺，其由透 明的導電層制成，該導電層由半導體氧化物和附加的透明保護層制成。
[0006] DE10 2009 053 688公開了一種能絲網印刷的、透明的導電覆層溶液。其添加有 銦和一種錫化合物，并且適用于形成IT0層。這些覆層溶液具有極高的表面電阻。覆層必 須加以焙烤，從而不能使用預加應力的玻璃基材。此外，該層在熱學預加應力過程期間不能 被焙烤。
[0007] 最后，在灶臺應用中已知，能印刷帶有導電結構的膜。于是這些膜可以被層壓在灶 臺的底側上。然而在此，在粘合劑在與大氣的相互作用下而失效時，可能發生層壓脫開的風 險。此外，使膜無氣泡地與爐灶面底側粘合是麻煩的。
【發明內容】
[0008] 本發明的任務是提供一種開頭提到的類型的透明的電導體，其即使在溫度影響下 也具有足夠高的壽命。此外，本發明的任務是，優選以每個透明導電層僅一個覆層步驟地， 以簡單的方法制造透明的電導體。
[0009] 這個任務通過以下方式解決，即，基材和基質材料由具有至少140°C的耐熱性的原 料制成。因此，透明的電導體可以設計為，特別適用于爐灶面應用并且在那里特別是能夠采 用在爐灶面的冷區中。其在那里可以為了設計顯示屏或觸摸傳感器而構建。放在爐灶區表 面上的熱的或者過熱的鍋不會損壞透明的電導體。更確切地說，該透明的電導體具有足夠 高的疲勞強度和耐抗性。
[0010] 優選地，基材和基質材料具有至少140°c，優選至少180°C，特別優選至少200°C的 耐熱性，從而電導體特別是可以安置在爐灶面的冷區中。
[0011] 根據本發明優選的變型方案可以設置，具有根據擦刻硬度計測試（帶有1. 〇_碳 化鶴尖端的Elcometer3092硬度測試棒）測定的至少500g、優選至少700g的基質材料耐 刮劃性。據此保證，透明的電導體具有足夠高的機械強度。于是該電導體是特別耐刮劃的。 這特別是在爐灶面的情況下是有利的，這是因為在把爐灶面安裝到爐具過程期間可能會受 到強烈的機械負載。從而例如可能發生的是，金屬支架的尖銳棱邊在該過程中觸碰到涂層。
[0012] 此外，用于使用在爐灶面中的透明的電導體應當還具有針對水蒸氣的足夠的耐抗 性，這是因為水蒸氣可能是高腐蝕性的。因此對于在爐灶面中的應用，應當按如下方式選擇 基質材料，即，直至一小時確保針對水蒸氣的耐抗性（通過帶有廢水的鍋測試）。此外，還應 當給予耐老化性，其中，經過10年，電導體的表面電阻升高不超過25%，優選不超過10%。
[0013] 特別地，在用于顯示屏的情況下，基質材料應當具有在可見光范圍 (400nm彡入彡700nm)中的大于90 %的光透射率，優選具有大于95 %的光透射率（根據 ASTMD1003)〇
[0014] 為了不通過透明的電導體引起對透明度的高的干擾，基質材料的霧度值應當小于 5%，優選小于3%，特別優選小于1%。霧度值是透明試樣的渾濁度的量度。該值說明了傳 輸的光的由被透射的試樣散射的或反射的份額。因此，霧度值定量測定了基質材料的表面 中或結構中的材料缺陷。
[0015] 可以使用例如金屬的納米線或納米管作為導電的添加物。這些添加物保證了良好 的電導率，其中，由于納米級的尺寸維持了高透射率。在此，以下添加物被定義為"納米級" 的，即，其大小為至少一個維度200納米或更小。纖維狀導電添加物的與其微小的納米級直 徑的結合可以實現構成導電網絡。在此，可以通過導電添加物的量有針對性地調整電阻。在 使用帶有微小長徑比Aspcktvcrhjiltnis〗的添加物的情況下，為了構成導電路徑需要很高 的添加物劑量（直至50質量％)，而所謂的滲流閾值（即添加物的臨界濃度，在該濃度下 (層）材料的電導率突然提高）在帶有高長徑比的添加物的情況下處在在明顯更低的濃度 下。
[0016] 適合的基質材料例如為能紫外硬化或熱硬化的聚合物、能紫外交聯或熱有機交聯 的雜化聚合物（雜化高分子，hybridpolymer)溶膠凝膠材料、雜化聚合物溶膠凝膠材料、納 米顆粒官能化的溶膠凝膠材料、帶有納米顆粒填充物的溶膠凝膠材料和/或無機的溶膠凝 膠材料。
[0017] 針對制造帶有透明導電層的根據本發明的透明的電導體，在液態的基質前體中分 散有高導電性的添加物，并且其在覆層步驟中與基質材料一起施布到基材上。在此，基質按 如下方式實施，即，高導電性的添加物可以被分散到該基質中。但是同時，基質不完全包圍 導電添加物地安放，從而基質不使導電添加物彼此電絕緣。
[0018] 基質材料的耐熱性可以在退火試驗中在相應的溫度下（根據本發明彡140°c)測 試2小時。在本發明的特定實施方式中，基質對高導電性的添加物進行保護，使其免受降解 (保護免受氧、硫、水、酸進攻）或腐蝕。據此，確保了經覆層的基材的電導率的長期穩定性。
[0019] 為了制造根據本發明的電導體，優選給基材覆層以覆層溶液，例如一種絲網印刷 涂料，其由形成基質的材料和高導電性的添加物以及在必要時的其他添加劑（分散劑、表 面反應物（表面活性劑）、溶劑、增稠齊IJ、流平齊IJ、脫氣劑、消泡齊IJ、硬化劑、引發劑、腐蝕抑制 齊U、增附劑等）制成。
[0020] 可以使用帶有<5bar、優選〈lbar、特別優選〈0.lbar的蒸汽壓的高沸點溶劑。優 選加入具有大于120°C的沸點和>10的汽化率的溶劑。優選使用帶有超過150°C的沸點和 >500的汽化率的溶劑，特別優選使用帶有超過200°C的沸點和>1000的汽化率的溶劑。這 類高沸點溶劑特別是為乙二醇和乙二醇醚、萜烯和多元醇，以及由多種這些溶劑組成的混 合物。可以作為溶劑使用的有：乙酸丁酯、甲氧基乙酸丁酯、2_(2_丁氧基乙氧基）乙酸乙酯 (乙酸卡必醇酯）、2_ 丁氧基乙酸乙酯、乙酸丁基卡必醇酯F4789、丁基二甘醇、丁基二甘醇 乙酸酯、丁基乙二醇、丁基乙二醇乙酸酯、環己酮、雙丙酮醇、二甘醇、二丙二醇單甲醚、二丙 二醇單丁醚、丙二醇單丁醚、丙二醇單丙醚、丙二醇單乙醚、乙氧基乙酸丙酯、己醇、1，3-二 乙氧基-2-丙醇、1，5-戊二醇、1-甲氧基-2-丙醇、4-羥基-4-甲基-2-戊酮、乙酰乙酸乙 酯、N、N-二甲基乙酰胺、聚乙二醇200、碳酸丙烯酯、甲氧基乙酸丙酯、單乙二醇、乙基吡咯 烷酮、甲基吡咯烷酮、二丙二醇二甲醚、丙二醇、丙二醇單甲醚、鏈烷烴和環烷烴的混合物、 芳香烴的混合物、芳香性烷基化的碳氫化合物的混合物以及n-，i-和環脂肪族的混合物。 特別是可以使用聚乙二醇醚，譬如二乙二醇單乙醚、三丙二醇單甲醚和松油醇作為溶劑。此 夕卜，可以使用由這些溶劑中的兩種或多種的混合物。在此，溶劑既可以加入基質前體，也可 以加入納米級添加物的溶液。
[0021] 為了能夠以不同的涂布方法或打印方法施布覆層材料、特別是施布覆層溶液，作 為基質前體的納米級添加物和/或基質材料二者，在被匯集到覆層材料中之前存在于至 少一種低沸點溶劑、至少一種高沸點的溶劑、或者由至少一種低沸點溶劑和至少一種高沸 點的溶劑組成的溶劑混合物中。低沸點溶劑具有低于120°C的沸點，高沸點溶劑具有高于 120°C的沸點。
[0022] 針對爐灶面應用，適用的基質材料有：能紫外硬化