氣相聚合聚3,4-乙撐二氧噻吩和石墨烯疊層柔性透明電極的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種氣相聚合聚3,4-乙撐二氧噻吩和石墨烯疊層柔性透明電極的方法，所述柔性透明電極由氣相聚合聚3,4-乙撐二氧噻吩(VPP-PEDOT)薄膜和石墨烯薄膜通過(guò)疊層結(jié)構(gòu)附著在透明聚合物襯底上而構(gòu)成。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了石墨烯和VPP-PEDOT薄膜的有效疊加。這種疊層結(jié)構(gòu)既具有明顯的薄膜界面又實(shí)現(xiàn)了石墨烯薄膜和VPP-PEDOT薄膜在二維尺度上的連接，能產(chǎn)生二者的協(xié)同效應(yīng)，性能優(yōu)于其中任一薄膜。相對(duì)于石墨烯薄膜和VPP-PEDOT薄膜，本結(jié)構(gòu)具有電導(dǎo)率高、透光率優(yōu)秀、柔性好等特點(diǎn)。所得到的柔性透明電極在圖像傳感器、太陽(yáng)能電池(OPV)、液晶顯示器、有機(jī)電致發(fā)光(OLED)和觸摸屏面板等方面有著很好的應(yīng)用價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】氣相聚合聚3, 4-乙撐二氧噻吩和石墨烯疊層柔性透明電極的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣相聚合聚3，4-乙撐二氧噻吩和石墨烯疊層柔性透明電極，屬于柔性透明電極制造的【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]透明導(dǎo)電薄膜是許多光電子器件的重要組成部分，例如平板顯示器，有機(jī)太陽(yáng)能電池，有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)，智能窗等，最常見(jiàn)的透明電極材料是銦錫氧化物(ΙΤ0)。雖然，銦錫氧化物(ITO)由于它的低的方阻和較高的透光率，已經(jīng)成為透明導(dǎo)電薄膜的主要材料。但是使用ITO也存在許多缺點(diǎn):(I)銦的價(jià)格不斷上漲；(2)它們的非柔性特性無(wú)法滿(mǎn)足柔性器件的要求；(3) ITO膜彎曲后它的導(dǎo)電性能會(huì)有大幅度的下降；(4)在近紅外區(qū)透明性能不好。由于這些原因，尋找可以代替ITO材料的新材料的研究不斷進(jìn)行。
[0003]可以替代該材料的新材料主要有碳納米管、石墨烯、導(dǎo)電聚合物、金屬納米材料。其中導(dǎo)電聚合物主要是聚3，4-乙撐二氧噻吩(PEDOT)，由于PEDOT可以直接在襯底上制備成膜，省去了選用噴涂、旋涂、邁耶棒等輔助工具成膜的步驟。目前直接在襯底上制備PEDOT主要有濕法化學(xué)氧化聚合、電化學(xué)聚合、氣相聚合。特別是氣相聚合PEDOT (VPP-PED0T)，不僅可以獲得透光率高、導(dǎo)電性好、均勻性好的高質(zhì)量柔性透明導(dǎo)電薄膜，而且反應(yīng)時(shí)間極短，只需10-30min。韓國(guó)的漢陽(yáng)大學(xué)制備出VPP-PED0T膜厚為300nm，薄膜電阻為200 Ω/Sq薄膜(SyntheticMetals，2003, 139，485 - 489)。美國(guó)紐約州立大學(xué)賓漢姆頓大學(xué)的研究人員制備出透光率為94%，電導(dǎo)率為600S/cm的高質(zhì)量VPP-PED0T薄膜(SyntheticMetals, 2011，161，1159 - 1165)。澳大利亞的南澳大學(xué)通過(guò)真空制備出VPP-PED0T電導(dǎo)率高達(dá)1485S/cm (Thin SolidFilms，2011，519，2544-2549)。
[0004]PEDOT除了可以直接作為導(dǎo)電膜外，還可以與其他導(dǎo)電薄膜復(fù)合，構(gòu)建復(fù)合導(dǎo)電薄膜。基于這一特點(diǎn)，PEDOT可與石墨烯形成復(fù)合薄膜，這樣可以有效地把PEDOT的均勻?qū)щ娦蕴攸c(diǎn)和石墨烯晶疇(化學(xué)沉積法制備的石墨烯膜由大量的單晶石墨烯晶疇構(gòu)成)的高電導(dǎo)率。電子科技大學(xué)通過(guò)溶液和電化學(xué)方法獲得PEDOT和石墨烯的復(fù)合薄膜(CN201310279461, CN201310296805)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明提出一種氣相聚合聚3，4-乙撐二氧噻吩和石墨烯疊層柔性透明電極的方法，是一種VPP-PED0T薄膜和石墨烯薄膜通過(guò)疊層而形成的柔性透明電極，這種疊層結(jié)構(gòu)既具有明顯的薄膜界面又實(shí)現(xiàn)了 VPP-PED0T薄膜和石墨烯薄膜在二維尺度上的連接，能產(chǎn)生二者的協(xié)同效應(yīng)，性能優(yōu)于其中任一薄膜。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明的氣相聚合聚3，4-乙撐二氧噻吩和石墨烯疊層柔性透明電極通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，
[0007]所述柔性透明電極由氣相聚合聚3，4-乙撐二氧噻吩薄膜和石墨烯薄膜通過(guò)疊層結(jié)構(gòu)附著在透明聚合物襯底上而構(gòu)成。
[0008]氣相聚合聚3，4-乙撐二氧噻吩薄膜和石墨烯薄膜的疊層結(jié)構(gòu)表示為:
[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種氣相聚合聚3，4-乙撐二氧噻吩和石墨烯疊層柔性透明電極，其特征在于，所述柔性透明電極由氣相聚合聚3，4-乙撐二氧噻吩薄膜和石墨烯薄膜通過(guò)疊層結(jié)構(gòu)附著在透明聚合物襯底上而構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣相聚合聚3，4-乙撐二氧噻吩和石墨烯疊層柔性透明電極，其特征在于，氣相聚合聚3，4-乙撐二氧噻吩薄膜和石墨烯薄膜的疊層結(jié)構(gòu)表示為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣相聚合聚3，4-乙撐二氧噻吩和石墨烯疊層柔性透明電極，其特征在于，VPP-PED0T薄膜的厚度為5-300nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣相聚合聚3，4-乙撐二氧噻吩和石墨烯疊層柔性透明電極，其特征在于，石墨烯薄膜包括化學(xué)氣相沉積制備的石墨烯薄膜或由氧化石墨烯還原制備的石墨烯薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的氣相聚合聚3，4-乙撐二氧噻吩和石墨烯疊層柔性透明電極，其特征在于，氣相聚合聚3，4-乙撐二氧噻吩薄膜通過(guò)氣相聚合的方法制備。
6.一種如權(quán)利要求1所述的氣相聚合聚3，4-乙撐二氧噻吩和石墨烯疊層柔性透明電極的制備方法，其特征在于該制備方法具體如下: ①將聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯PET透明聚合物柔性襯底任一外層保護(hù)膜去除在氧等離子體中處理2_5min ； ②將均勻分散在正丁醇中的氧化劑、抑制劑旋涂到處理好的PET上，然后將PET在70°C的加熱板上加熱60s烘干正丁醇； ③將PET放到聚合反應(yīng)釜中并在表面氣相聚合PEDOT薄膜，聚合結(jié)束后在乙醇中清洗IOmin用來(lái)洗去多余的氧化劑并用氣槍吹干，然后再用乙醇清洗并烘干，最后將上述薄膜在加熱板上60°C加熱30min ;得到VPP-PED0T薄膜； ④將采用化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)的或者化學(xué)氧化法制備的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到VPP-PED0T薄膜上，在VPP-PED0T薄膜上疊加石墨烯薄膜， ⑤最后制備出(VPP-PEDOt-G形式結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜，其中η = I，獲得所述柔性電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣相聚合聚3，4-乙撐二氧噻吩和石墨烯疊層柔性透明電極的制備方法，其特征在于，所述的氧化劑為:對(duì)甲苯磺酸鐵六水合物或六水合三氯化鐵。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣相聚合聚3，4-乙撐二氧噻吩和石墨烯疊層柔性透明電極的制備方法，其特征在于，所述的抑制劑為:吡啶。
【文檔編號(hào)】H01B5/14GK103824615SQ201410055227
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月18日
【發(fā)明者】馬延文, 張自強(qiáng), 馮曉苗, 周偉欣, 黃維 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)