CN103871548B - 一种柔性透明薄膜电极及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性透明薄膜电极及其制作方法，电极结构为：导电纳米材料/弹性基底。其中导电纳米材料可以是金属纳米线、金属氧化物纳米线、碳基纳米材料及这些材料的二元或多元复合物，基底是可拉伸弹性体，如聚甲基硅氧烷（PDMS）、聚丙烯酸酯（PMMA）及其它降解聚酯（Ecoflex）。其制作方法是将导电材料掩埋在聚合物基底表层。具体步骤：将导电材料的醇溶液H涂布到基底A上，干燥后将液态基底材料涂布到导电纳米材料上并置于真空干燥箱加热固化，最后将基底A剥离。由此制得的透明电极综合性能优异，具体表现为方阻低、透光率高、柔韧性好、均匀度高，更重要的是导电层对基底附着性好且具有高度可拉伸性。
Description
技术领域
本发明涉及一种柔性透明薄膜电极及其制作方法，属于光电信息材料及应用领域。
背景技术
随着可拉伸太阳能电池、可拉伸显示器、可拉伸天线、智能服装、皮肤传感器及人造肌肉的日益普及，作为其重要组成部分的透明电极不仅需要高度柔性而且需要良好的拉伸性能。不同的柔性电子器件需要的拉伸强度不同，有必要制作拉伸范围可调的透明电极。为了提高可拉伸光电器件的光电效率，电极需要同时满足高的导电性与透光率。另外，电极的导电层对基底的附着性要好。然而同时具备这些性能的柔性透明薄膜电极并不存在。
发明内容
技术问题：为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种综合性能优异的柔性透明薄膜电极及其制作方法。该薄膜电极能同时实现高的透光性、导电性、拉伸性及导电层对基底的附着力。
技术方案：本发明的柔性透明薄膜电极结构为在可拉伸基底表层上掩埋一层导电纳米材料；其中导电纳米材料是金属纳米线、金属氧化物纳米线、碳基纳米材料或这些材料的二元及多元复合物；基底是可拉伸弹性体。
所述的金属纳米线、金属氧化物纳米线是金纳米线、银纳米线、铜纳米线、氧化锌纳米线或氧化铜纳米线，碳基纳米材料是碳纳米管、石墨烯；所述的可拉伸基底是聚甲基硅氧烷PDMS，聚丙烯酸酯PMMA或其它可降解聚酯（Ecoflex）。
本发明的柔性透明薄膜电极的制作方法是：将0.1～1M导电纳米材料的醇溶液H涂布到衬底A上至干燥；将液态基底材料涂布到纳米导电材料上并置于真空干燥箱中抽真空除气泡；控温在65℃～100℃，加热固化12～6h；最后将衬底A剥离，得到柔性透明薄膜电极。
所述醇溶液H是甲醇、乙醇或异丙醇。
衬底A是硅片、玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET或聚酰亚胺PI。
将导电纳米材料的醇溶液H涂布在衬底A上的涂布方式包括旋涂、喷涂、Mayer棒涂布、注射器滴加或丝网印刷。
有益效果：通过调节导电材料的浓度，实现电极不同的光电性能，合适的浓度可以使得电极同时具有高的电导率及透光率；调节不同的固化温度及时间，可以获得不同的拉伸强度，同时实现不同的柔韧性；将导电材料掩埋在固化交联的聚合物基底大大增强了导电层对基底的附着性。总之，电极的综合性能优异。
附图说明
图1为浓度分别为0.3M、0.5M及0.8M的银纳米线甲醇溶液制得方阻为14Ω/□、透光率为90%，方阻为9Ω/□、透光率为81%及方阻为2Ω/□、透光率为62%的AgNWs/PDMS可拉伸透明电极。
图2为方阻2Ω/□、透光率62%的AgNWs/PDMS电极的拉伸图。
具体实施方式
实施例1
将2mL浓度为0.8M的银纳米线甲醇溶液用注射器滴加到玻璃基底上，待其扩散均匀并干燥后将液态的PDMS涂布到银纳米线上，置于真空干燥箱中抽真空以除去气泡，然后控温在100℃加热12h，最后将玻璃基底剥离。从而制得了方阻为2Ω/□、透光率为62%的AgNWs/PDMS透明电极。该电极具有较好的拉伸性，在多次拉伸的过程中，当伸长率在0～25%范围内，除了第一次拉伸过程中方阻有所增大，随后第二次及多次拉伸方阻均不变，直至拉伸率超过25%方阻才继续增大。对电极进行胶带测试，导电层均无明显损耗，方阻基本不变，导电层对基底附着性好。
实施例2
将2mL浓度为0.5M的银纳米线甲醇溶液用注射器滴加到玻璃基底上，待其扩散均匀并干燥后将液态的PDMS涂布到银纳米线上，置于真空干燥箱中抽真空以除去气泡，然后控温在80℃加热12h，最后将玻璃基底剥离。因银纳米线溶液浓度有所降低，电极方阻及透光率均有所提高，制得了方阻为9Ω/□、透光率为81%的AgNWs/PDMS透明电极。另外，固化温度降低至80℃，该电极,拉伸性更好，在多次拉伸的过程中，当伸长率在0～50%范围内，除了第一次拉伸过程中方阻有所增大，随后第二次及多次拉伸方阻均不变，直至拉伸率超过50%方阻才继续增大。对电极进行胶带测试，导电层均无明显损耗，方阻基本不变，导电层对基底附着性好。
实施例3
将2mL浓度为0.3M的银纳米线甲醇溶液用注射器滴加到玻璃基底上，待其扩散均匀并干燥后将液态的PDMS涂布到银纳米线上，置于真空干燥箱中抽真空以除去气泡，然后控温在65℃加热12h，最后将玻璃基底剥离。因浓度进一步降低，方阻及透光率均进一步增大，制得了方阻为14Ω/□、透光率为90%的AgNWs/PDMS透明电极。另外，固化温度进一步降低至80℃，该电极拉伸性最好，在多次拉伸的过程中，当伸长率在0～100%范围内，除了第一次拉伸过程中方阻有所增大，随后第二次及多次拉伸方阻均不变，直至拉伸率超过100%方阻才继续增大。对电极进行胶带测试，导电层均无明显损耗，方阻基本不变，导电层对基底附着性好。
Claims (4)
1.一种柔性透明薄膜电极的制作方法，其特征在于：该电极结构为在可拉伸基底表层上掩埋一层导电纳米材料；其中导电纳米材料是金属纳米线、金属氧化物纳米线、碳基纳米材料或这些材料的二元或多元复合物；可拉伸基底为弹性体；
所述的金属纳米线包括金纳米线、银纳米线或铜纳米线；金属氧化物纳米线包括氧化锌纳米线或氧化铜纳米线；碳基纳米材料是碳纳米管；所述的可拉伸基底是聚甲基硅氧烷PDMS弹性体；具体的制作方法是：
将0.1～1M导电纳米材料的醇分散液H涂布到衬底A上至干燥；将液态基底材料涂布到导电纳米材料上并置于真空干燥箱中抽真空除气泡；控温在65℃～100℃，加热固化6～12h；最后将衬底A剥离，得到柔性透明薄膜电极。
2.根据权利要求1所述的柔性透明薄膜电极的制作方法，其特征在于：所述醇分散液H选择甲醇或异丙醇。
3.根据权利要求1所述的柔性透明薄膜电极的制作方法，其特征在于衬底A是硅片、玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET或聚酰亚胺PI。
4.根据权利要求1所述的柔性透明薄膜电极的制作方法，其特征在于：将导电纳米材料的醇分散液H涂布在衬底A上的涂布方式包括丝网印刷。
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