一種透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法，該透明導(dǎo)電薄膜位于透明襯底之上，為電金屬納米線和導(dǎo)電聚合物的共混體系或是自下而上依次為金屬納米線層和到導(dǎo)電聚合物層的組合層，所述金屬納米線包括金、銀、銅和鎳納米線，所述導(dǎo)電聚合物為pH值中性的聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)。本發(fā)明的透明導(dǎo)電薄膜不僅增加了金屬納米線薄膜的導(dǎo)電均一性，而且使透明導(dǎo)電薄膜在水氧環(huán)境中存放、加熱以及加電流的情況下具有更高穩(wěn)定性。
【專利說明】一種透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電子器件，具體涉及一種基于銀納米線/pH值中性的聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)的透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法，屬于電子【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]透明導(dǎo)電薄膜是電子信息產(chǎn)品的重要組成部分。對透明導(dǎo)電薄膜的一般要求是方塊電阻盡可能的低、可見光范圍內(nèi)的光透過率要盡可能的高，同時作為一種商業(yè)化的產(chǎn)品，生產(chǎn)成本也是越低越好。
[0003]由于In2O3 = SnO2(ITO)具有高可見光透過率、低電阻的特點，目前的光電子器件中多采用ITO作為電極，但其存在以下缺點=(I)ITO中的銦有劇毒，在制備和應(yīng)用中對人體有害；(2) ITO中的In2O3價格昂貴，成本較高；(3) ITO薄膜易受到氫等離子體的還原作用，功效降低，這種現(xiàn)象在低溫、低等離子體密度下也會發(fā)生；(4)在柔性襯底上的ITO薄膜會因為柔性襯底的彎曲而出現(xiàn)電導(dǎo)率下降的現(xiàn)象。
[0004]作為納米材料的典型代表，金屬納米線薄膜由于在電學(xué)、光學(xué)和機械性方面都有良好的特性，這使得由金屬納米線制備的透明導(dǎo)電膜作為銦錫氧化物半導(dǎo)體透明導(dǎo)電膜的潛在換代產(chǎn)品。金屬納米線導(dǎo)電薄膜具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所形成的空隙在對光具有的透過性的同時也導(dǎo)致了表面導(dǎo)電性的不均一性。為解決這個問題，在金屬納米線薄膜上再制備一層透明的導(dǎo)電薄膜可以增加整個薄膜表面導(dǎo)電均一性。目前，采用聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)_聚(苯乙烯磺酸)(PED0T:PSSPH1000)從導(dǎo)電性、加工工藝以及加工設(shè)備上比其他的導(dǎo)電材料具有明顯的優(yōu)勢。但其本身具有的酸性以及吸水性的特征會造成本身導(dǎo)電性的下降以及金屬納米線的腐蝕，由此引起金屬納米線復(fù)合導(dǎo)電薄膜在存放、加熱或加電流時導(dǎo)電性的下降。因此，尋找性能穩(wěn)定的高導(dǎo)電性材料在增強金屬納米線復(fù)合薄膜的電學(xué)性能方面具有重要的作用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是解決金屬納米線薄膜本身導(dǎo)電不均一以及金屬納米線在空氣中存放、加熱以及加電流情況下導(dǎo)電性易發(fā)生變化的問題，增強了透明導(dǎo)電薄膜的導(dǎo)電均一性，并使透明導(dǎo)電薄膜在水氧環(huán)境中存放，加熱以及加電流的情況下具有更高穩(wěn)定性。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]—種透明導(dǎo)電薄膜，位于襯底之上，其特征在于，所述透明導(dǎo)電薄膜為電金屬納米線和導(dǎo)電聚合物的共混體系或是自下而上依次為金屬納米線層和到導(dǎo)電聚合物層的組合層，所述金屬納米線包括金、銀、銅和鎳納米線，所述導(dǎo)電聚合物為PH值中性的聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PED0T:PSS)。
[0008]所述pH值中性的PED0T:PSS為酸性PEDOT:PSS經(jīng)有機堿中和后形成的產(chǎn)物，所述pH值中性的PED0T:PSS在水溶液中的濃度為1-1.5mg/ml。
[0009]所述酸性PEDOT:PSS的pH值在1_2.5之間，所述酸性PEDOT:PSS中PEDOT和PSS的質(zhì)量比為1: (2.5-6)。
[0010]所述有機堿包括氨水、氨基甲脒、甲胺、乙胺、乙醇胺、乙二胺、二甲胺、三甲胺、三乙胺、丙胺、異丙胺、1，3-丙二胺、1，2-丙二胺、三丙胺、三乙醇胺、丁胺、異丁胺、叔丁胺、己胺、辛胺、苯胺、芐胺、環(huán)己胺、吡啶和六亞甲基四胺。
[0011]金屬納米線的長度在10-200 μ m之間，所述金屬納米線的直徑在40_200nm之間。
[0012]所述金屬納米線和導(dǎo)電聚合物的共混體系中金屬納米線和導(dǎo)電聚合物的質(zhì)量比為(0.1-10):10ο
[0013]所述透明襯底包括玻璃、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亞胺(PI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚氨基甲酸酯(PU)。
[0014]透明導(dǎo)電薄膜的制備方法包括以下步驟:
[0015]I)利用去離子水、丙酮溶液和異丙醇溶液對透明襯底進行超聲清洗，清洗后干燥，采用氧等離子體或紫外光/臭氧處理襯底表面；
[0016]2)配制金屬納米線分散液，所述金屬納米線為金、銀、銅或鎳納米線，所述金屬納米線分散液中溶劑為水、甲醇、乙醇或異丙醇，所述金屬納米線在溶劑中的濃度在0.l-3mg/ml之間；
[0017]3)采用旋涂、噴涂、刮涂或凹版印刷的方式在透明襯底上制備金屬納米線層；
[0018]4)利用pH值中性的PED0T:PSS水溶液通過旋涂、噴涂、刮涂或凹版印刷的方式在金屬納米線層上制備層制備導(dǎo)電聚合物層；
[0019]5)將含有金屬納米線和導(dǎo)電聚合物的透明襯底轉(zhuǎn)移到加熱臺上，將殘留的溶劑烘干。
[0020]透明導(dǎo)電薄膜的制備方法包括以下步驟:
[0021]I)利用去離子水、丙酮溶液和異丙醇對透明襯底進行超聲清洗，清洗后干燥，采用氧等離子體或紫外光/臭氧處理襯底表面；
[0022]2)配制金屬納米線分散液，所述金屬納米線為金、銀、銅或鎳納米線，所述金屬納米線分散液中溶劑為水，甲醇，乙醇或異丙醇，所述金屬納米線在溶劑中的濃度在0.l-3mg/ml之間；
[0023]3)將pH值中性的PED0T:PSS水溶液和金屬納米線分散液共混；
[0024]4)采用旋涂、噴涂、刮涂或凹版印刷的方式在透明襯底上制備金屬納米線和導(dǎo)電聚合物共混的導(dǎo)電層；
[0025]5)將含有金屬納米線和導(dǎo)電聚合物的透明襯底轉(zhuǎn)移到加熱臺上，將殘留的溶劑烘干。
[0026]本發(fā)明的有益效果在于:采用pH值為中性的高導(dǎo)電性PED0T:PSS和金屬納米線組合形成復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜，由于金屬納米線之間的空隙被高導(dǎo)電性PED0T:PSS填充，使導(dǎo)電薄膜具有更好的導(dǎo)電均一性；將酸性PED0T:PSS中高吸水的磺酸基團經(jīng)有機堿中和減弱了 PED0T:PSS薄膜本身的吸水性，使其對金屬納米線復(fù)合導(dǎo)電薄膜導(dǎo)電性的影響減小，同時將PED0T:PSS的pH值調(diào)整成中性，減弱了對金屬納米線的氧化作用，使金屬納米線復(fù)合導(dǎo)電薄膜在水氧環(huán)境中存放，加熱以及同電流的情況下具有更高穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明的透明導(dǎo)電薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2是本發(fā)明的實施例1、2、3的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖3是本發(fā)明的實施例4、5、6、7的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖4是本發(fā)明實施例1中透明導(dǎo)電薄膜在空氣中的穩(wěn)定性。
[0031]其中，I透明襯底，2透明導(dǎo)電薄膜，21金屬納米線層，22導(dǎo)電聚合物層，23金屬納米線與導(dǎo)電聚合物共混薄膜。

【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明，該實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0033]如圖1所示，本發(fā)明透明導(dǎo)電薄膜2位于透明襯底I之上，其含有導(dǎo)電聚合物和金屬納米線。所述透明襯底I為玻璃、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亞胺(PI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚氨基甲酸酯(PU)。所述金屬納米線為銀或銅納米線。所述金屬納米線的長度在10-200μπι之間，所述金屬納米線的直徑在40-200nm之間。所述導(dǎo)電聚合物為pH值中性的PEDOT:PSS。
[0034]所述透明導(dǎo)電薄膜2可以有兩種結(jié)構(gòu)形式:一種為導(dǎo)電聚合物層22與金屬納米線層21的組合層，該金屬納米線層21位于導(dǎo)電聚合物層22之下，如圖2 ;另一種為導(dǎo)電聚合物層和金屬納米線共混的薄膜23，如圖3。
[0035]實施例中pH值為中性的PEDOT:PSS購自歐依有機光電子科技有限公司，產(chǎn)品型號PD-2001N。
[0036]實施例1
[0037]通過下列具體步驟完成所述透明導(dǎo)電薄膜2的制備:
[0038]I)利用去離子水、丙酮溶液和異丙醇對玻璃襯底I進行清洗，清洗后用干燥氮氣吹干，并采用氧等離子體或紫外光/臭氧處理襯底表面；
[0039]2)配制銀納米線分散液，所述銀納米線的直徑為40nm，長度為200 μ m，所述銀納米線分散液中溶劑為乙醇，所述銀納米線在溶劑中的濃度為3mg/ml ；
[0040]3)采用旋涂的方法在透明襯底I上形成銀納米線層21 ；
[0041]4)采用旋涂的方式在銀納米線層21上形成導(dǎo)電聚合物層22，所述導(dǎo)電聚合物為pH值中性的PED0T:PSS ；
[0042]5)將含有銀納米線層21和導(dǎo)電聚合物層22的透明襯底I轉(zhuǎn)移到加熱臺上，將殘留的溶劑烘干。
[0043]實施例2
[0044]通過下列具體步驟完成所述透明導(dǎo)電薄膜2的制備:
[0045]I)利用去離子水、丙酮溶液和異丙醇對聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)柔性透明襯底I進行清洗，清洗后用干燥氮氣吹干，并采用氧等離子體或紫外光/臭氧處理襯底表面；
[0046]2)配制銅納米線分散液，所述銅納米線的直徑為lOOnm，長度為100 μ m，所述銅納米線分散液中溶劑為甲醇，所述銅納米線在溶劑中的濃度為2mg/ml ；
[0047]3)采用刮涂的方法在透明襯底I上形成銅納米線層21 ；
[0048]4)采用旋涂的方法在銅納米線層21上形成導(dǎo)電聚合物層22，所述導(dǎo)電聚合物為pH值中性的PEDOT: PSS ；
[0049]5)將含有銅納米線層21和導(dǎo)電聚合物層22的透明襯底I轉(zhuǎn)移到加熱臺上，將殘留的溶劑烘干。
[0050]實施例3
[0051]通過下列具體步驟完成所述透明導(dǎo)電薄膜2的制備:
[0052]I)利用去離子水、丙酮溶液和異丙醇對聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)柔性透明襯底I進行清洗，清洗后用干燥氮氣吹干，并采用氧等離子體或紫外光/臭氧處理襯底表面；
[0053]2)配制銅納米線分散液，所述銅納米線的直徑為200nm，長度為30 μ m，所述銅納米線分散液中溶劑為甲醇，所述銅納米線在溶劑中的濃度為0.lmg/ml ；
[0054]3)采用噴涂的方法在透明襯底I上形成銅納米線層21 ；
[0055]4)采用刮涂的方法在銅納米線層21上形成導(dǎo)電聚合物層22，所述導(dǎo)電聚合物為pH值中性的PED0T:PSS ；
[0056]5)將含有銅納米線層21和導(dǎo)電聚合物層22的透明襯底I轉(zhuǎn)移到加熱臺上，將殘留的溶劑烘干。
[0057]實施例4
[0058]通過下列具體步驟完成所述透明導(dǎo)電薄膜2的制備:
[0059]I)利用去離子水、丙酮溶液和異丙醇對聚酰亞胺(PI)柔性透明襯底I進行清洗，清洗后用干燥氮氣吹干，并采用氧等離子體或紫外光/臭氧處理襯底表面；
[0060]2)配制銀納米線分散液，所述銀納米線的直徑為60nm，長度為10 μ m，所述銀納米線分散液中溶劑為水，所述銀納米線在溶劑中的濃度為0.5mg/ml ；
[0061]3)將pH值中性的PED0T:PSS水溶液和銀納米線分散液共混，所述銀納米線和pH值中性的PED0T:PSS的質(zhì)量比為10:1 ；
[0062]4)采用刮涂的方法在透明襯底I上形成銀納米線和導(dǎo)電聚合物共混層23 ；
[0063]5)將含有銀納米線和導(dǎo)電聚合物的透明襯底轉(zhuǎn)移到加熱臺上，將殘留的溶劑烘干。
[0064]實施例5
[0065]通過下列具體步驟完成所述透明導(dǎo)電薄膜2的制備:
[0066]I)利用去離子水、丙酮溶液和異丙醇對聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性透明襯底I進行清洗，清洗后用干燥氮氣吹干，并采用氧等離子體或紫外光/臭氧處理襯底表面；
[0067]2)配制鎳納米線分散液，所述鎳納米線的直徑為150nm，長度為60 μ m，所述鎳納米線分散液中溶劑為異丙醇，所述鎳納米線在溶劑中的濃度為lmg/ml ；
[0068]3)將pH值中性的PED0T:PSS水溶液和鎳納米線分散液共混，所述鎳納米線和pH值中性的PEDOT: PSS的質(zhì)量比為1:1 ；
[0069]4)采用刮涂的方法在透明襯底I上形成鎳納米線和導(dǎo)電聚合物共混層23 ；
[0070]5)將含有鎳納米線和導(dǎo)電聚合物的透明襯底轉(zhuǎn)移到加熱臺上，將殘留的溶劑烘干。
[0071]實施例6
[0072]通過下列具體步驟完成所述透明導(dǎo)電薄膜2的制備:
[0073]I)利用去離子水、丙酮溶液和異丙醇對聚氨基甲酸酯(PU)柔性透明襯底I進行清洗，清洗后用干燥氮氣吹干，并采用氧等離子體或紫外光/臭氧處理襯底表面；
[0074]2)配制銀納米線分散液，所述銀納米線的直徑為120nm，長度為50 μ m，所述銀納米線分散液中溶劑為異丙醇，所述銀納米線在溶劑中的濃度為0.lmg/ml ；
[0075]3)將pH值中性的PED0T:PSS水溶液和銀納米線分散液共混，所述銀納米線和pH值中性的PED0T:PSS的質(zhì)量比為1:10 ；
[0076]4)采用噴涂的方法在透明襯底I上形成銀納米線和導(dǎo)電聚合物共混層23 ；
[0077]5)將含有銀納米線和導(dǎo)電聚合物的透明襯底轉(zhuǎn)移到加熱臺上，將殘留的溶劑烘干。
[0078]實施例7
[0079]通過下列具體步驟完成所述透明導(dǎo)電薄膜2的制備:
[0080]I)利用去離子水、丙酮溶液和異丙醇對聚氨基甲酸酯(PU)柔性透明襯底I進行清洗，清洗后用干燥氮氣吹干，并采用氧等離子體或紫外光/臭氧處理襯底表面；
[0081]2)配制金納米線分散液，所述金納米線的直徑為lOOnm，長度為30 μ m，所述金納米線分散液中溶劑為異丙醇，所述金納米線在溶劑中的濃度為0.lmg/ml ；
[0082]3)將pH值中性的PED0T:PSS水溶液和金納米線分散液共混，所述金納米線和pH值中性的PED0T:PSS的質(zhì)量比為1:10 ；
[0083]4)采用噴涂的方法在透明襯底I上形成金納米線和導(dǎo)電聚合物共混層23 ；
[0084]5)將含有金納米線和導(dǎo)電聚合物的透明襯底轉(zhuǎn)移到加熱臺上，將殘留的溶劑烘干。
【權(quán)利要求】
1.一種透明導(dǎo)電薄膜，位于透明襯底之上，其特征在于，所述的透明導(dǎo)電薄膜為金屬納米線和導(dǎo)電聚合物的共混體系或是由自下而上依次連接的金屬納米線層和導(dǎo)電聚合物層構(gòu)成，所述的金屬納米線是金納米線、銀納米線、銅納米線或鎳納米線，所述的導(dǎo)電聚合物為pH值中性的聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)，即PEDOT:PSS。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明導(dǎo)電薄膜，其特征在于，所述pH值中性的PEDOT:PSS為酸性PEDOT:PSS經(jīng)有機堿中和后形成的產(chǎn)物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的透明導(dǎo)電薄膜，其特征在于，所述酸性PEDOT:PSS的pH值在1-2.5之間，所述酸性PEDOT:PSS中PED0T和PSS的質(zhì)量比為1: (2.5-6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的透明導(dǎo)電薄膜，其特征在于，所述有機堿選自氨基甲脒、甲胺、乙胺、乙醇胺、乙二胺、二甲胺、三甲胺、三乙胺、丙胺、異丙胺、1，3-丙二胺、1，2-丙二胺、三丙胺、三乙醇胺、丁胺、異丁胺、叔丁胺、己胺、辛胺、苯胺、芐胺、環(huán)己胺、吡啶或六亞甲基四胺中一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明導(dǎo)電薄膜，其特征在于，所述金屬納米線的長度為10-200 μ m，所述金屬納米線的直徑為40-200nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明導(dǎo)電薄膜，其特征在于，所述金屬納米線和導(dǎo)電聚合物的共混體系中金屬納米線和導(dǎo)電聚合物的質(zhì)量比為(0.1-10):1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明導(dǎo)電薄膜，其特征在于，所述透明襯底是玻璃、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷或聚氨基甲酸酯。
8.權(quán)利要求1所述的透明導(dǎo)電薄膜的制備，其特征在于，該方法包括以下步驟: 1)依次利用去離子水、丙酮和異丙醇對所述透明襯底進行超聲清洗，清洗后干燥，采用氧等離子體或紫外光/臭氧處理襯底表面； 2)配制金屬納米線分散液，該金屬納米線分散液的溶劑為水、甲醇、乙醇或異丙醇，金屬納米線在溶劑中的濃度為0.l-3mg/ml ； 3)在透明襯底上制備金屬納米線層； 4)利用pH值中性的PED0T:PSS水溶液在金屬納米線層上制備導(dǎo)電聚合物層； 5)將含有金屬納米線和導(dǎo)電聚合物的透明襯底轉(zhuǎn)移到加熱臺上，將殘留的溶劑烘干。
9.權(quán)利要求1所述的透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 1)依次利用去離子水、丙酮和異丙醇對透明襯底進行超聲清洗，清洗后干燥，采用氧等離子體或紫外光/臭氧處理襯底表面； 2)配制金屬納米線分散液，該金屬納米線分散液中溶劑為水，甲醇，乙醇或異丙醇，金屬納米線在溶劑中的濃度為0.l-3mg/ml ； 3)將pH值中性的PED0T:PSS水溶液和所述的金屬納米線分散液共混； 4)在所述的透明襯底上制備金屬納米線和導(dǎo)電聚合物共混的導(dǎo)電層； 5)將含有金屬納米線和導(dǎo)電聚合物的透明襯底轉(zhuǎn)移到加熱臺上，將殘留的溶劑烘干。
【文檔編號】H01B13/00GK104240798SQ201410499121
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】郭小軍, 陳蘇杰, 邵憲一, 黃玨坤 申請人:上海交通大學(xué)