石墨烯柔性触摸屏 开启电子消费领域新时代

21世纪以来，随着科技的发展，我们的生活无时不刻发生着巨大的变化。从电脑、手机的普及再到各类电子产品的迭代更新，人们的需求也在发生着变化。触摸屏技术的出现使得生活、学习、娱乐变得更快捷、方便。

现代触摸屏的分类有很多种:电阻式触摸屏、电容式触摸屏、红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏等，其中占主流技术的主要是电容式触摸屏和电阻式触摸屏。然而无论是电容式触摸屏还是电阻式触摸屏，其不可或缺的一种最核心的部件就是中间的ITO导电层。

石墨烯凭借其高导电性、高韧度、高强度、高透明度等优势成为新兴产业中的新兴材料，技术含量高，应用前景广，由石墨烯代替ITO制作而成的柔性触摸屏能够实现手机与电脑的完美统一，将带来消费电子领域新时代的变革。

ITO导电层
石墨烯材料在触摸屏中的应用优势

柔性屏腕机
石墨烯是仅有一层原子厚度的新型二维材料，在力学、热学、光学、电学等方面具有十分优异的性质。石墨烯在触控屏中具有明显的应用优势，其主要优点包括：

（1）石墨烯几乎是完全透明的，单层石墨烯薄膜从紫外、可见到红外波段的透光率均高达97.7%，因而不会偏色；

（2）电导率与透光率的矛盾在石墨烯透明电极中可得到很好的解决，石墨烯材料仅一个碳原子层厚，其载流子迁移率极高，是迄今为止发现的电导率最高的材料；

（3）石墨烯具有极高的力学强度，并且非常柔软（甚至可以在一定程度上折叠）；

（4）石墨烯的化学性质稳定，性能受环境的影响较小；

（5）石墨烯是单原子层的碳材料，不存在毒性，对环境也无污染，符合绿色环保的要求；

（6）自然界碳元素含量非常丰富，因此采用石墨烯作为电极，原材料的限制较小。

石墨烯触摸屏中的关键技术

大面积石墨烯薄膜一般高温生长于铜箔等金属衬底表面。对于石墨烯的应用而言，需要将石墨烯从生长衬底转移到所需基底表面。石墨烯触摸屏的工艺分为石墨烯的转移、改性、图形化及其电容屏模组制备四个过程，而现阶段的研发重点也是针对这四个过程进行改进。

01石墨烯薄膜转移关键技术

石墨烯薄膜的转移方法很多，目前使用最多的有两类：基于PMMA牺牲层的转移方法和热释胶带转移方法。前一种方法：在石墨烯表面旋涂上聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），用酸液刻蚀铜，然后将石墨烯转移至目标基底上，最后用丙酮去除PMMA，该方法操作简单，在实验室大量使用；后一种方法：将热释胶带与石墨烯/铜箔贴合，用酸液刻蚀铜，然后将石墨烯/热释胶带与目标基底贴合，最后热释胶带通过加热转移释放石墨烯。热释胶带转移方法方便大面积使用，同时通过胶带的裁剪也方便控制转移石墨烯的形状，因而对于石墨烯触控屏而言，热释胶带转移石墨烯方法更为实用。

02石墨烯薄膜改性关键技术

根据不同的应用需求，石墨烯薄膜还需要进行改性增强。对于石墨烯触控屏而言，石墨烯薄膜需要在保持高透光率的条件下进一步增强薄膜的导电性。在载流子迁移率一定的情况下，通过掺杂改性提高石墨烯载流子浓度是增强石墨烯导电性的重要途径。本征石墨烯的价带和导带在布里渊区中心呈锥形接触，因此是零带隙的半导体或半金属；通过表面吸附、晶格空位、晶格替换掺杂等途径可改变其能带能级结构，形成与半导体类似的掺杂效应。目前，石墨烯掺杂改性剂种类很多，主要有硝酸、氯金酸、导电高分子等，采用的改性方式包括浸泡、熏蒸、原位复合以及旋涂的方式。

03石墨烯薄膜图形化关键技术

石墨烯是一种由碳原子组成二维材料，具有很好的化学稳定性。一般采用酸和碱很难对石墨烯实现腐蚀，因此用石墨烯实现电容式触摸屏过程中，会遇到一个很大的难题：在现有的触控工艺线条件下实现对石墨烯的刻蚀。要实现对石墨烯的刻蚀，一般的方法包括两个方面：（1）由于石墨烯是一种很薄的材料，只有一个原子层厚度，因此可以采用高能量轰击的方式去掉不需要的石墨烯；（2）石墨烯是由碳原子构成，所以可以考虑在特殊条件下与氧气等物质发生化学反应，从而去除石墨烯。基于此，石墨烯的刻蚀方法有三种：激光刻蚀、氧等离子刻蚀、氧紫外线刻蚀。其中，石墨烯激光刻蚀法，处理方法较为简单，同时现有工业化设备可以实现10微米量级的石墨烯图形，满足在工厂规模化制备的需求。

04石墨烯触控模组关键技术

石墨烯触控模组制程可分为前段sensor工艺和后段的贴合工艺，前段工艺的目的是实现电容式触摸屏的sensor，而后段工艺则是将sensor于触控芯片贴合组成石墨烯电容式触摸屏成品。其中主要的工艺步骤包括：银浆的丝印与刻蚀、石墨烯sensor与触控芯片的贴合、盖板贴合与除泡。其中，石墨烯sensor与触控芯片通过柔性印刷电路板（FPC）进行电气连接，需要经过绑定及其通过一定的压力和高温条件与ACF胶粘接绑定。

总结与展望

石墨烯材料由于其本身具有的特性使得其在触摸屏领域具有广阔的应用前景，国内外的龙头企业早已开始在相关领域进行专利布局，但是由于石墨烯触摸屏在产品量产方面还有很多问题需要解决。因此，国内相关企业仍要加大研发投入，才有机会突破巨头们的专利封锁，同时加强与高校或科研机构的合作，积极推进产学研相结合，着重在石墨烯的转移、改性、图形化及其电容屏模组制备等制备工艺中寻求有意义的改进，从而加快我国石墨烯在触摸屏领域应用的产业化进程。

参考文献：

焦天栋 谭玉靖，从专利申请看石墨烯在触摸屏领域的最新进展

文章来源：石墨烯研究院