CN103760722A - 一种以石墨烯作为透明导电电极的智能调光膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以石墨烯作为透明导电电极的智能调光膜，以上下两侧的石墨烯薄膜作为导电电极，将液晶混合材料夹于中间，在上下两侧的石墨烯薄膜的外侧附着有透明基体，形成透明基体/石墨烯/液晶/石墨烯/透明基体的结构，其中，上下石墨烯薄膜的边缘处分别设有一个或多个电极引出结构，与外部驱动电源连接。本发明基于石墨烯电极的智能调光膜，以一种用石墨烯薄膜替代ITO（氧化铟锡）作为电极的智能调光膜结构，以及针对石墨烯的特点而发明的在实际应用中导电电极的引出结构，不仅有效降低了智能调光膜的成本，而且大大降低制作成本，工艺简单，较现有智能调光膜的成本减少了30%以上。

Description

一种以石墨烯作为透明导电电极的智能调光膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种智能调光膜。

背景技术

智能玻璃，又称电控调光玻璃，通过电控来实现玻璃在透明与不透明之间的转换，目前被广泛应用到房产装饰，汽车玻璃，大面积投影墙，办公场所，公共娱乐设施等领域。智能玻璃的电控调光的转换，是通过智能调光膜来实现的。作为最核心的部件，智能调光膜是由上下两层ITO透明导电薄膜作为电极，以及夹在中间的液晶材料和聚合物的混合材料构成。目前市场上ITO（氧化铟锡）是用作智能调光膜电极的唯一的可选材料，而且ITO价格昂贵，铟元素在地球上的储量有限，但ITO在电子器件，光电，光伏等领域需求量越来越大。所以，本发明涉及的是智能玻璃领域的全新的一种透明导电薄膜材料，成本低，透光率可调（97.7％－10％），导电性可调（方块电阻在50-300欧姆／□）。

现有的以ITO为透明电极的智能调光膜技术中，存在以下几个问题：一，使用ITO透明薄膜，ITO是唯一的选择；二，ITO价格昂贵，原材料成本太高，而且铟元素比较稀缺，地球上存量有限，ITO市场需求量越来越大，所以ITO的价格只会越来越高；三，ITO薄膜比较脆，柔韧性较差，在弯曲60度以上就会断裂破损，导致器件失效，所以不适合用在对柔性要求比较高的场合；四， ITO的透过率低，而且受方阻的限制不能够任意调节。

石墨烯作为一种单层碳原子二维网络，其厚度只有0.34纳米，因此可任意弯曲，其可见光透过率为97.7%，理论导电率为10E8/S·m，是目前发现最好的电导体，理论上是一种极好的透明导电电极材料。但是，由于石墨烯的超薄性，在实际的应用过程中，石墨烯电极跟外部电源***的连接存在很大的困难，因而至今未能将石墨烯材料应用到智能调光膜技术中。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种可任意弯曲、透光率可任意调节且成本低的以石墨烯作为透明导电电极的智能调光膜；

本发明的另一目的是提供上述以石墨烯作为透明导电电极的智能调光膜的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：

一种以石墨烯作为透明导电电极的智能调光膜，以上下两侧的石墨烯薄膜作为导电电极，将液晶混合材料夹于中间，在上下两侧的石墨烯薄膜的外侧附着有透明基体，形成透明基体/石墨烯/液晶/石墨烯/透明基体的结构，其中，上下石墨烯薄膜的边缘处分别设有一个或多个电极引出结构，与外部驱动电源连接。

进一步的，所述电极引出结构为涂布于石墨烯薄膜上的导电银浆或者是与石墨烯薄膜紧密贴合的金属。

优选的，

所述导电银浆的厚度为100纳米~200微米；

所述金属为铜，厚度为10~200微米；

所述上下电极引出结构位于智能调光膜的同一边，或者根据需要位于两边，当所述上下电极引出结构位于智能调光膜的同一边时，上下电极引出结构上下错开。

进一步的，所述石墨烯薄膜为一层或多层石墨烯构成。

进一步的，所述透明基体为透明玻璃、PET聚酯膜或者为PET聚酯膜外侧附着透明玻璃的复合结构。

上述以石墨烯作为透明导电电极的智能调光膜的制备方法，包括如下步骤：

1）将生长出的石墨烯转移到透明基体上，形成透明导电层，作为上层；

2）通过涂布方式，在按照步骤1）中得到的透明导电层的石墨烯一侧辅设液晶混合材料，涂布时，在透明导电层的边缘留出一定宽度的区域，形成下层；

3）用步骤1）的方法所得到上层覆盖步骤2）的方法得到的下层，形成液晶混合材料在中间，透明导电层在两侧的“三明治”结构，经压合或固化后形成调光膜，其中，在上层覆盖下层时，留出与液晶混合材料不相接触的边缘区域；

4）将上层和下层中留出的区域涂布或点覆一层导电银浆，或者用导电胶粘合一层金属，形成电极引出结构，并把所述区域内未涂有导电银浆或粘合金属的部位去除。

优选的，所述步骤1）中制备透明导电层时，采用多次转移，增加石墨烯的层数。

优选的，所述步骤4）中，根据需要，按照步骤4）的方法在上层或下层上分别制作多个电极引出结构，并且当所述电极引出结构位于智能调光膜的同一边时，使这些电极引出结构相互错开。

本发明的有益效果：

1、本发明利用石墨烯具有优异的透光率，导电性和机械性能，制备以石墨烯为透明导电层的智能调光膜，其可见光透过率（400-700纳米）在10％－97.7%可调，方块电阻（欧姆／□）：50-300；

2、本发明智能调光膜既可以用在刚性智能调光玻璃上，也可以直接用在对柔性有要求的各种曲面上，可用于制作各种智能调光玻璃，或者制作成柔性的智能调光膜，用在各种曲面上。可按照具体要求，做成任何形状，任何尺寸，其柔韧性：超薄，任意弯曲至180度；

3、本发明还给出了对石墨烯作为透明导电层的电极引出方法，克服了石墨烯超薄难以外接的问题，安全实用，易于操作，其电极引出的结构设计，可有效避免接触短路，便于安装，利于智能调光玻璃用在不同场合，实现有石墨烯材料的超薄电极；

4、本发明基于石墨烯电极的智能调光膜，以一种用石墨烯薄膜替代ITO（氧化铟锡）作为电极的智能调光膜结构，以及针对石墨烯的特点而发明的在实际应用中导电电极的引出结构，不仅有效降低了智能调光膜的成本，而且大大降低制作成本，工艺简单，较现有智能调光膜的成本减少了30%以上。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例1中以石墨烯作为透明导电电极的智能调光膜剖面图；

图2是本发明实施例1中以石墨烯作为透明导电电极的智能调光膜立体结构示意图；

图3是本发明实施例2中的以石墨烯作为透明导电电极的智能调光膜剖面图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

一种以石墨烯作为透明导电电极的智能调光膜，参照图1-2，以上下两侧的石墨烯薄膜2（宽2cm、长10cm）作为导电电极，将液晶混合材料1夹于中间，所述石墨烯薄膜为双层石墨烯构成，在上下两侧的石墨烯薄膜2的外侧附着有PET聚酯膜3，形成PET聚酯膜3/双层石墨烯2/液晶1/双层石墨烯2/PET聚酯膜3的结构，其中，上下石墨烯薄膜2的边缘处分别设有两个电极引出结构4，与外部驱动电源连接。

所述电极引出结构4为涂布于石墨烯薄膜上的导电银浆，厚度为10微米；

所述电极引出结构上下错开。

实施例2：

一种以石墨烯作为透明导电电极的智能调光膜，参照图3，以上下两侧的石墨烯薄膜2（宽2cm、长10cm）作为导电电极，将液晶混合材料1夹于中间，所述石墨烯薄膜为双层石墨烯构成，在上下两侧的石墨烯薄膜2的外侧附着有PET聚酯膜3，PET聚酯膜3的外侧附着有透明玻璃5，形成透明玻璃5/PET聚酯膜3/双层石墨烯2/液晶1/双层石墨烯2/PET聚酯膜3/透明玻璃5的结构，其中，上下石墨烯薄膜2的边缘处分别设有两个电极引出结构4，与外部驱动电源连接。

所述电极引出结构4为涂布于石墨烯薄膜上的导电银浆，厚度为10微米；

所述电极引出结构上下错开。

实施例3：

以石墨烯作为透明导电电极的智能调光膜的制备方法，包括如下步骤：

第一步，所述石墨烯通过化学气相沉积方法生长在铜箔上；

第二步，通过化学刻蚀方法把铜刻蚀掉，再把石墨烯转移到不同的基体上，比如玻璃或者PET聚酯膜。通过继续转移石墨烯，可以增加石墨烯的层数，从而增加石墨烯导电层的导电性，调节其透过率；

第三步，通过涂布方式，在第二步得到的石墨烯透明导电层基体上铺设液晶混合材料。由于石墨烯导电层的厚度在0.3-3纳米，按照传统方法通过剥离基体材料露出导电层，由导电层直接连接外部驱动电源的方法不适用。因此，在涂布液晶混合材料的时候，在石墨烯透明导电层上留出一定宽度的区域（比如1厘米宽，宽度大小依据实际情况），只在其余均匀区域涂布液晶混合材料；

第四步，在第三步得到的涂有液晶混合材料的石墨烯透明导电层基体上（为方面起见，称为“下层”基体），加上一层由第二步得到的石墨烯透明导电层基体（称为“上层”基体），形成一种液晶混合材料在中间，透明导电层在两侧的“三明治”结构。注意“上层”基体的电极在覆盖“下层”基体时，也需要留有一定宽度的区域未覆盖到液晶混合材料，如图1或图2所示。

第五步，第四步得到的结构经过压合和固化（紫外固化或者热固化）之后成型为调光膜； 

第六步，在“下层”基体的未被液晶材料覆盖的部分，根据实际情况，选择部分区域，涂布或者点覆一层10微米厚的导电银浆，导电银浆与“上层”基体的石墨烯不能有接触，并把其余未涂有导电银浆（或者金属）的区域剪掉。此述的导电银浆（或者金属）作为引出与外部驱动电源连接。 电极引出可以根据实际需要，按照上述方法作一个或几个，如图2所示在“下层”基体的石墨烯电极层上制作了2个引出。

第七步，在“上层”基体上，按照上述第六步描述的过程进行重复，需要注意的是涂布导电银浆（或者金属）的区域要跟“下层”的导电银浆（或者金属）区域错开，从而避免接触短路。此述导电银浆（或者金属）作为引出与外部驱动电源连接。对应“下层”基体，在“上层”基体的石墨烯电极层上制作一个或者多个引出。

实施例4：

以石墨烯作为透明导电电极的智能调光膜的制备方法，包括如下步骤：

第一步，所述石墨烯通过化学气相沉积方法生长在铜箔上；

第二步，通过化学刻蚀方法把铜刻蚀掉，再把石墨烯转移到不同的基体上，比如玻璃或者PET聚酯膜。通过继续转移石墨烯，可以增加石墨烯的层数，从而增加石墨烯导电层的导电性，调节其透过率；

第三步，通过涂布方式，在第二步得到的石墨烯透明导电层基体上铺设液晶混合材料。由于石墨烯导电层的厚度在0.3-3纳米，按照传统方法通过剥离基体材料露出导电层，由导电层直接连接外部驱动电源的方法不适用。因此，在涂布液晶混合材料的时候，在石墨烯透明导电层上留出一定宽度的区域（比如1厘米宽，宽度大小依据实际情况），只在其余均匀区域涂布液晶混合材料；

第四步，在第三步得到的涂有液晶混合材料的石墨烯透明导电层基体上（为方面起见，称为“下层”基体），加上一层由第二步得到的石墨烯透明导电层基体（称为“上层”基体），形成一种液晶混合材料在中间，透明导电层在两侧的“三明治”结构。注意“上层”基体的电极在覆盖“下层”基体时，也需要留有一定宽度的区域未覆盖到液晶混合材料，如图1或图2所示。

第五步，第四步得到的结构经过压合和固化（紫外固化或者热固化）之后成型为调光膜； 

第六步，在“下层”基体的未被液晶材料覆盖的部分，根据实际情况，选择部分区域，直接用导电胶粘上一层10微米以上的金属（例如铜，但不限于铜），者金属与“上层”基体的石墨烯不能有接触，并把其余未涂有导电银浆（或者金属）的区域剪掉。此述的导电银浆（或者金属）作为引出与外部驱动电源连接。 电极引出可以根据实际需要，按照上述方法作一个或几个，如图2所示在“下层”基体的石墨烯电极层上制作了2个引出。

第七步，在“上层”基体上，按照上述第六步描述的过程进行重复，需要注意的是涂布导电银浆（或者金属）的区域要跟“下层”的导电银浆（或者金属）区域错开，从而避免接触短路。此述导电银浆（或者金属）作为引出与外部驱动电源连接。对应“下层”基体，在“上层”基体的石墨烯电极层上制作一个或者多个引出。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种以石墨烯作为透明导电电极的智能调光膜，其特征在于：以上下两侧的石墨烯薄膜作为导电电极，将液晶混合材料夹于中间，在上下两侧的石墨烯薄膜的外侧附着有透明基体，形成透明基体/石墨烯/液晶/石墨烯/透明基体的结构，其中，上下石墨烯薄膜的边缘处分别设有一个或多个电极引出结构，与外部驱动电源连接。

2.根据权利要求1所述的以石墨烯作为透明导电电极的智能调光膜，其特征在于：所述电极引出结构为涂布于石墨烯薄膜上的导电银浆或者是与石墨烯薄膜紧密贴合的金属。

3.根据权利要求2所述的以石墨烯作为透明导电电极的智能调光膜，其特征在于：所述导电银浆的厚度为100纳米~200微米。

4.根据权利要求2所述的以石墨烯作为透明导电电极的智能调光膜，其特征在于：所述金属为铜，厚度为10~200微米。

5.根据权利要求1所述的以石墨烯作为透明导电电极的智能调光膜，其特征在于：所述上下电极引出结构位于智能调光膜的同一边，或者根据需要位于两边，当所述上下电极引出结构位于智能调光膜的同一边时，上下电极引出结构上下错开。

6.根据权利要求1至5任一项所述的以石墨烯作为透明导电电极的智能调光膜，其特征在于：所述石墨烯薄膜为一层或多层石墨烯构成。

7.根据权利要求1至5任一项所述的以石墨烯作为透明导电电极的智能调光膜，其特征在于：所述透明基体为透明玻璃、PET聚酯膜或者为PET聚酯膜外侧附着透明玻璃的复合结构。

8.一种以石墨烯作为透明导电电极的智能调光膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）将生长出的石墨烯转移到透明基体上，形成透明导电层，作为上层；

2）通过涂布方式，在按照步骤1）中得到的透明导电层的石墨烯一侧辅设液晶混合材料，涂布时，在透明导电层的边缘留出一定宽度的区域，形成下层；

3）用步骤1）的方法所得到上层覆盖步骤2）的方法得到的下层，形成液晶混合材料在中间，透明导电层在两侧的“三明治”结构，经压合或固化后形成调光膜，其中，在上层覆盖下层时，留出与液晶混合材料不相接触的边缘区域；

4）将上层和下层中留出的区域涂布或点覆一层导电银浆，或者用导电胶粘合一层金属，形成电极引出结构，并把所述区域内未涂有导电银浆或粘合金属的部位去除。

9.根据权利要求8所述的以石墨烯作为透明导电电极的智能调光膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中制备透明导电层时，采用多次转移，增加石墨烯的层数。

10.根据权利要求8所述的以石墨烯作为透明导电电极的智能调光膜的制备方法，其特征在于：所述步骤4）中，根据需要，按照步骤4）的方法在上层或下层上分别制作多个电极引出结构，并且当位于同一边时，使这些电极引出结构相互错开。

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