CN101656122A - 透明导电膜 - Google Patents

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Abstract

提供由碳纳米管网络和氧化铟锡复合材料构成的透明导电膜以及制造该透明导电膜的方法。

Description

透明导电膜
技术领域
本公开一般性涉及透明导电膜。
背景技术
光学透明并导电的膜可用于某些应用领域，这些应用领域包括但不限于触摸屏、平板显示器诸如LCD、PDP、OLED和FED、透明EMI屏蔽膜、透明加热膜、气体传感器、太阳能电池和用于光纤通信的平面天线。如此处所用的，如果材料层或依次的不同材料的数层允许在可见光波长区域(即，400-800nm区域)内至少50％的环境光透射过所述一个或更多个层，那么所述一个或更多个层可称为光学“透明的”或具有“透明性”。
常规的透明导电膜由诸如但不限于氧化铟锡(ITO)的金属氧化物构成，其提供光学透明性以及相对良好的导电性。然而，与诸如Ag和Cu的金属相比，ITO基膜具有相对低的电导率，因此它们在上述一些应用领域中提供不可避免地受限制的电学性能。此外，ITO基膜具有相对脆性的性质并且因此使耐磨性较差。此外，随着显示器行业最近的快速增长和扩展，作为ITO的一种主要成分的铟的价格快速上升，因此铟的供给受限。因此，仅由ITO构成的透明导电膜在一些上述应用领域中可导致物理和经济方面的限制。
在此方面上，由于碳纳米管(CNT)诸如光学透明性和导电性的性能，所以它们作为用于透明导电膜的新材料近来受到很大的关注。当在透明基底上沉积CNT时，筒形CNT在基底上形成CNT网络，使得基底具有良好的导电性。此外，由于CNT的长径比性质，所以CNT沉积的基底仍可维持高的透明性。
然而，虽然单个CNT具有与金属相当的优异电导率，但是由于在网络中的单个CNT之间空的空间，所以CNT网络通常具有相对低的电导率。因此，包含CNT网络的透明导电膜不能实现相当于单个CNT的高电导的足够的薄层电导。
发明内容
提供了透明导电膜、制造所述透明导电膜的方法、以及所述透明导电膜的不同应用。在一个实施方案中，透明导电膜包含碳纳米管网络和氧化铟锡复合材料。
提供该发明内容用于以简化形式引入在以下具体实施方式中进一步描述的概念的选择。该发明内容不意图确认要求保护的主题的关键特征或者必要特征，也不意图用于限制要求保护的主题的范围。
附图说明
图1是透明导电膜的一个说明性实施方案的示意图。
图2是制造透明导电膜的方法的一个说明性实施方案的流程图。
图3是使用透明导电膜的触摸屏的一个说明性实施方案的示意图。
具体实施方式
在以下详细说明中，参考所述附图，所述附图形成以下详细说明的一部分。在附图中，除非上下文另有说明，否则相同的标记通常表示相同的构件/元件。在详细说明、附图和权利要求中的说明性实施方案不表示限制。在没有脱离此处表述的主题的精神或范围的情况下，可以使用其它的实施方案，并且可以做出其它的改变。可容易地理解当前公开的构件，如在此处一般性描述的和在附图中说明的，可以以多种不同的结构来布置、替代、结合和设计，其全部是显然可预期的并且构成本公开的一部分。
本公开提供可包含碳纳米管网络和氧化铟锡复合材料的透明导电膜。
在一个实施方案中，碳纳米管网络和氧化铟锡复合材料可包括碳纳米管网络层和设置在所述碳纳米管网络上的氧化铟锡层。
在另一个实施方案中，碳纳米管网络层可包括金属单壁碳纳米管网络层。
在还另一个实施方案中，碳纳米管网络层可包含金属多壁碳纳米管网络层。
本公开也提供制造由碳纳米管网络和氧化铟锡复合材料构成的透明导电膜的方法。所述方法可包括：提供透明基底，在透明基底上施加金属型碳纳米管溶液，由所述金属碳纳米管溶液形成金属碳纳米管网络层，和在所述金属碳纳米管网络层上设置氧化铟锡层。
在一个实施方案中，形成金属碳纳米管网络层的步骤可包括利用激光烧蚀、碳弧或化学气相沉积(CVD)中的至少一种。
在另一个实施方案中，施加金属碳纳米管溶液的步骤可包括：在溶剂中分散碳纳米管粉末以制备碳纳米管溶液，和从所述碳纳米管溶液中分离所述金属碳纳米管溶液。
在还另一个实施方案中，施加金属碳纳米管溶液的步骤可包括施加金属单壁碳纳米管溶液。
在还另一个实施方案中，施加金属碳纳米管溶液的步骤可包括施加金属多壁碳纳米管溶液。
在还另一个实施方案中，分离碳纳米管溶液的步骤可包括利用使用结构差异表面活性剂的密度梯度超离心技术。
在还另一个实施方案中，在透明基底上施加金属碳纳米管溶液的步骤可包括使用喷涂或浸涂技术中的至少一种。
在还另一个实施方案中，设置氧化铟锡层的步骤可包括利用溅射技术或化学气相沉积技术中的至少一种。
在还另一个实施方案中，所述方法还可包括：重复交替进行金属碳纳米管溶液的施加和在金属碳纳米管层顶部上的氧化铟锡层的设置一次或更多次。
在还另一个实施方案中，所述方法还可包括：对所述透明导电膜进行退火。
本公开还提供触摸屏，该触摸屏可包括：透明基底、设置在透明基底上的第一透明导电膜、与该第一透明导电膜相对设置的第二透明导电膜、以及在该第一透明导电膜和第二透明导电膜之间的气隙层。该第一透明导电膜和第二透明导电膜是包含碳纳米管网络和氧化铟锡复合材料的复合材料膜。
在一个实施方案中，在气隙层中可放置多个点间隔物以维持第一透明导电膜和第二透明导电膜之间的空间。
图1是透明导电膜100的一个说明性实施方案的示意图。如图所示，透明导电膜100设置为包括在基底102上的碳纳米管网络层104和沉积在所述碳纳米管层上的氧化铟锡(ITO)层106。
基底102可以是光学透明基底诸如但不限于PET、玻璃、塑料、陶瓷等。尤其是，如果使用柔性基底诸如塑料膜，那么所得导电膜也可以具有良好的柔性。
在基底102上设置CNT网络层104。在一个实施方案中，CNT网络层104可通过在基底102上施加CNT溶液来形成。例如，CNT网络层104可通过不同方法包括但不限于喷涂和浸涂方法来形成。
CNT可分类为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁纳米管，相应地在这些方面没有限制。这些形式的CNT可通过数种方法诸如激光烧蚀、碳弧和化学气相沉积(CVD)合成。其中，单壁碳纳米管除了良好的机械性能之外具有尤其高的导电性。在一个实施方案中，CNT网络层104可由具有相对极好电导率的单壁碳纳米管构成。或者，在另一个实施方案中，CNT网络层104可由具有金属型性能的多壁碳纳米管构成。
在CNT网络层104上设置ITO层106。在一个实施方案中，可经由各种方法在CNT网络层104表面的顶部上沉积ITO层106，所述方法包括但不限于溅射法、化学气相沉积法和喷雾热解法，相应地在这些方面上没有限制。
图2是制造透明导电膜的方法的一个说明性实施方案的流程图。在框202中，准备光学透明基底。如上关于图1所述的，基底可以例如由PET、玻璃、塑料、陶瓷等构成。对于柔性显示板，可需要使用柔性基底诸如柔性塑料而不是常规玻璃。
在框204中，准备待沉积到基底上的金属CNT溶液。在一个实施方案中，可通过首先在足够的溶剂中分散碳纳米管粉末制备碳纳米管溶液。溶剂可选自本领域中公知的数种溶剂。在一个实施方案中，碳纳米管可以是单壁CNT。或者，在另一个实施方案中，也可使用已经具有金属型性能的多壁CNT。
原样合成的单壁CNT在它们的直径和手性角方面可有变化。因此，这些物理变量可影响它们的电子和光学性能。一些单壁CNT可显示出金属性能，一些可显示出半导体型性能。因此，可使用分离碳纳米管溶液的工艺，以获得期望的金属单壁CNT。
在一个实施方案中，可通过使用一种或更多种结构差异表面活性剂的密度-梯度超离心技术实施分离工艺。该方法可利用不同结构CNT的浮力密度的差异。在该技术中，通过密度梯度超离心可进行纯化。对应于所得向心力，对应于各自浮力密度的颗粒沉积可在梯度上进行空间分离。
在框206中，在基底上沉积制备的金属CNT溶液以形成CNT网络层。在一个实施方案中，可以通过喷涂或浸涂技术在基底上沉积金属CNT溶液，以形成CNT网络层。
然后，在框208中，可以在CNT层顶部上沉积ITO层。在一个实施方案中，可通过溅射技术沉积ITO层。在这种情况下，可形成分别包括适合部分的铟和锡的混合物粉末并烧结以制备ITO沉积源靶。然后，使用所述ITO源靶，可在室中进行溅射使得在CNT层上沉积ITO层。或者，可采用化学气相沉积(CVD)以在CNT层上沉积ITO层。在此情况下，ITO层的所得厚度可以是相对可控的并且是均一的。
在一个实施方案中，在框210中，可依次交替沉积多个CNT层和ITO层以制备的多层厚膜。此外，在一个实施方案中，在框212中，在沉积CNT和ITO层之后，可对所述膜进行退火以改善接触电阻。
图3是使用透明导电膜的触摸屏300的一个说明性实施方案的示意图。如图所示，触摸屏300包括基底302和形成在基底302上的第一透明导电膜304。触摸屏300还包括第二透明导电膜306。第一透明导电膜304和第二透明导电膜306可以是包括如图1中说明的CNT网络层和ITO层的复合材料膜。第一透明导电膜304和第二透明导电膜306可设置为彼此相对，并且在它们之间存在气隙层308。在气隙层308中，可放置多个点间隔物310以维持第一透明导电膜304和第二透明导电膜306之间的空间。与具有仅由ITO材料构成的透明导电膜的常规触摸屏相比，触摸屏300可具有改进的电导率以及改进的机械稳定性。
由上所述，可以知道为了说明的目的在此处已经描述了本公开的不同实施方案，并且在不脱离本公开范围和精神的情况下可做出不同的改变。因此，此处公开的不同实施方案并不意图限制，实际的范围和精神由所附权利要求表示。

Claims (16)

1.一种透明导电膜，包含碳纳米管网络和氧化铟锡复合材料。
2.根据权利要求1所述的透明导电膜，其中所述碳纳米管网络和氧化铟锡复合材料包括碳纳米管网络层以及设置在所述碳纳米管网络上的氧化铟锡层。
3.根据权利要求2所述的透明导电膜，其中所述碳纳米管网络层包括金属单壁碳纳米管网络层。
4.根据权利要求2所述的透明导电膜，其中所述碳纳米管网络层包括金属多壁碳纳米管网络层。
5.一种制备包括碳纳米管网络和氧化铟锡复合材料的透明导电膜的方法，其中所述方法包括：
提供透明基底；
在所述透明基底上施加金属型碳纳米管溶液；
由所述金属碳纳米管溶液形成金属碳纳米管网络层；和
在所述金属碳纳米管网络层上设置氧化铟锡层。
6.根据权利要求5所述的制备透明导电膜的方法，其中所述金属碳纳米管网络层的形成步骤包括利用激光烧蚀、碳弧或化学气相沉积(CVD)中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的制备透明导电膜的方法，其中所述施加金属碳纳米管溶液的步骤包括：在溶剂中分散碳纳米管粉末以制备碳纳米管溶液，和从所述碳纳米管溶液中分离所述金属碳纳米管溶液。
8.根据权利要求5所述的制备透明导电膜的方法，其中所述施加金属碳纳米管溶液的步骤包括施加金属单壁碳纳米管溶液。
9.根据权利要求5所述的制备透明导电膜的方法，其中所述施加金属碳纳米管溶液的步骤包括施加金属多壁碳纳米管溶液。
10.根据权利要求7所述的制备透明导电膜的方法，其中所述分离所述碳纳米管溶液的步骤包括利用使用结构差异表面活性剂的密度-梯度超离心技术。
11.根据权利要求5所述的制备透明导电膜的方法，其中在所述透明基底上施加所述金属碳纳米管溶液的步骤包括使用喷涂或浸涂技术中的至少一种。
12.根据权利要求5所述的制备透明导电膜的方法，其中所述设置氧化铟锡层的步骤包括利用溅射技术或化学气相沉积技术中的至少一种。
13.根据权利要求5所述的制备透明导电膜的方法，还包括：
交替重复所述金属碳纳米管溶液的施加和在所述金属碳纳米管层顶部上的所述氧化铟锡层的设置一次或更多次。
14.根据权利要求5所述的制备透明导电膜的方法，还包括对所述透明导电膜进行退火。
15.一种触摸屏，包括：
透明基底；
在所述透明基底上设置的第一透明导电膜；
与所述第一透明导电膜相对设置的第二透明导电膜；和
在所述第一透明导电膜和所述第二透明导电膜之间设置的气隙层，
其中所述第一透明导电膜和所述第二透明导电膜是包含碳纳米管网络和氧化铟锡复合材料的复合材料膜。
16.根据权利要求15所述的触摸屏，其中在所述气隙层中放置多个点间隔物以保持所述第一透明导电膜和所述第二透明导电膜之间的空间。
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