CN102255052A - 基于azo/碳纳米管/azo结构的柔性电极及其制备方法 - Google Patents

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郭太良
张蓓蓓
吴朝兴
陈景水
谢剑星
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Abstract

本发明涉及一种基于AZO/碳纳米管/AZO结构的柔性电极，其包括AZO导电电极及夹在AZO电极之间的碳纳米管薄层。所述的碳纳米管薄层采用电泳法均匀地分布在两层AZO薄膜之间。所述的柔性电极为夹层结构。本发明提供的柔性电极结构在保证其透过率的同时很好地改善了其导电性，较好地改善了柔性基板弯曲后电极的导电性。本发明制备的柔性电极结构工艺简单，与传统的薄膜制备工艺能很好兼容，同时能有效解决AZO自身导电能力不足、以及弯曲之后导电能力衰减的问题，使柔性光电器件，比如柔性有机发光二极管和柔性太阳能电池有望实现实用化和量产化。

Description

基于AZO/碳纳米管/AZO结构的柔性电极及其制备方法
技术领域
本发明属于电子材料技术领域，具体涉及一种基于基于AZO/碳纳米管/AZO结构的柔性电极,适用于制作柔性光电器件的阳极。
背景技术
柔性光电器件是一种用可弯曲的基板材料（比如透明的塑料薄板或金属薄片，来代替普通的玻璃基板）制作的具有光电特性的设备，比如发光器件，光伏器件等。现在受到学术界和产业界高度重视的柔性有机发光二极管（FOLED）是一个典型的例子，FOLED显示器可以被卷起，折叠，或者作为可穿戴的计算机的一部分来被穿上。这种设备可比传统玻璃基板的显示器更亮、更耐用、生产成本更低，甚至可以采用简单的印刷电子工艺将有机膜印刷在PET基板上来制作显示器，将极大地简化显示器制作工艺复杂程度。FOLED有望在制作可卷曲、可翻新的电子报纸和嵌入汽车挡风玻璃、墙壁、窗户、办公室隔离物中的电视屏幕之类产品上得到广泛的应用。
 碳纳米管（Carbon Nanotubes-CNT）具有良好的导电性，很高的长径比，高的机械强度和良好的化学稳定性，因此自从其1991年被发现之后一直受到学术界和产业界的广泛重视。目前有多种制备碳纳米管膜层方法，在这些方法中，电泳法是利用直流电场使悬浮溶液中的带电离子包裹住粒子在电性相反的电极板上沉积一层均匀的薄膜，且厚度更容易控制。AZO是一种新型的透明半导体材料，与传统的氧化铟锡（ITO）相比，由于地球储量丰富，因此具有成本低廉，且环境友好等显著的优势，因此预计将会取代ITO成为主流的透明导电电极材料。然而，当前AZO电极存在的问题是电阻率较大，制备柔性电极时导电能力衰减明显。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于AZO/碳纳米管/AZO结构的柔性电极及其制备方法，该方法通过采用AZO/碳纳米管/AZO夹层结构制备的新型透明柔性电极，与AZO相比具有较低的阻值，同时在保证透过率的同时，使基板即使在弯曲一定角度后仍能保持较好的导电性。
   本发明是通过如下技术方案实现的：
一种基于AZO/碳纳米管/AZO结构的柔性电极，包括柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯基板，以及夹在AZO导电电极之间的碳纳米管膜层，其特征在于：所述的碳纳米管膜层为导电层，所述的柔性电极为夹层结构。
优选的，所述的AZO膜厚为100~200nm。
    本发明还公开一种基于AZO/碳纳米管/AZO结构的柔性电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将K30、异丙醇，以一定比例混合成溶液，再将适量研磨后的碳纳米管粉末分散于上述溶液中，将配好的液体溶液超声4~8min，形成稳定的碳纳米管悬浮溶液，备用；
（2）在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯基板上镀AZO薄膜；
（3）取出溅射了AZO薄膜的聚对苯二甲酸乙二醇酯基板，利用步骤1)配备的碳纳米管悬浮液，在基板上均匀地电泳上一层碳纳米管膜层，放置于马福炉中于100℃下5~8分钟以去除有机溶剂；
（4）将经过以上过程处理的基板采用磁控溅射法镀上AZO薄膜。
优选的，所述置于AZO膜层之间的碳纳米管膜层采用电泳法制备。
优选的，所述步骤（2）、（4）中采用磁控溅射法在聚对苯二甲酸乙二醇酯基板上镀AZO薄膜，溅射镀膜时间为9~13min，所得的AZO薄膜厚度为100~200nm。
本发明的优点为：本发明提供了一种成本低廉、环境友好的具有AZO/碳纳米管/AZO结构的柔性电极，该电极结构工艺简单，与传统的薄膜制备工艺相比能很好兼容，同时能有效解决AZO自身导电能力不足、以及弯曲之后导电能力衰减的问题，使柔性光电器件，比如柔性有机发光二极管和柔性太阳能电池有望实现实用化和量产化。
附图说明
图1是本发明实施例一种基于AZO/碳纳米管/AZO夹层结构的柔性导电电极的示意图。
图2是本发明实施例一种基于AZO/碳纳米管/AZO结构的柔性电极的制造方法流程图。
图3是本发明实施例提供的聚对苯二甲酸乙二醇酯基板及其表面AZO膜层示意图。
图4是本发明实施例导电电极上层AZO表面电泳法沉积碳纳米管膜层的示意图。
图5是本发明实施例在AZO导电电极上电泳法沉积的碳纳米管膜层的电镜照片。
附图标号说明：100——聚对苯二甲酸乙二醇酯基板；110——下层AZO；120——碳纳米管膜层；
130——上层AZO。
 具体实施方式
下面结合附图及实施例具体说明本发明一种基于AZO/碳纳米管/AZO的柔性电极。本发明提供优选实施例，但不应该被认为仅限于在此阐述的实施例。
在此参考图是本发明的理想化实施例的示意图，本发明所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示的区域的特定形状。在本实施例中均以矩形表示，图中的表示是示意性的，但这不应该被认为限制本发明的范围。
请参见图1，一种基于AZO/碳纳米管/AZO结构的柔性电极，包括形成有导电电极的基板100，以及夹在上层AZO薄膜130和下层AZO薄膜110之间的碳纳米管膜层120，其特征在于：所述的碳纳米管膜层120为导电层，所述的柔性电极为夹层结构。
请参照图2-图4，本发明实施例所提供的一种基于AZO/碳纳米管/AZO结构的柔性电极的制备方法包括下列步骤：
（S10）提供K30、异丙醇，以一定比例混合，再将适量研磨后的碳纳米管粉末分散于上述溶液中，将配好的液体超声4~8min，形成稳定的碳纳米管悬浮溶液，备用；
(S20)提供一基板100，该基板通常为聚对苯二甲酸乙二醇酯基板，也可以采用其他绝缘材料的基板，采用磁控溅射法在聚对苯二甲酸乙二醇酯上镀下层AZO薄膜110，如图2所示；
(S30)取出溅射了下层AZO的聚对苯二甲酸乙二醇酯基板，利用步骤(S10)配备的碳纳米管悬浮液，采用电泳法在样板上均匀地镀上一层碳纳米管，从而形成碳纳米管膜层120，如图3所示，放置于加热盘上于100℃下5~8分钟以去除有机溶剂；在本实施例优选采用电泳法进行碳纳米管的沉积，即将镀有AZO膜层的基板浸在碳纳米管悬浮液中，碳纳米管均匀的沉积在样板表面，如图4所示；
(S40)，采用磁控溅射法在聚对苯二甲酸乙二醇酯上镀上层AZO薄膜130。
最后得到AZO/碳纳米管/AZO的电极结构，如图1所示。
第一实施例：
一种基于AZO/碳纳米管/AZO结构的柔性电极的制备方法，包括如下步骤：
(1)将K30、异丙醇，以一定比例混合，再将适量研磨后的碳纳米管粉末分散于上述溶液中，将配好的液体超声5min，形成稳定的碳纳米管悬浮溶液（0.001g/L），备用；
(2)采用磁控溅射法在聚对苯二甲酸乙二醇酯上镀AZO薄膜110，厚度为150nm；
(3)取出溅射了AZO薄膜的聚对苯二甲酸乙二醇酯基板，利用步骤(S10)配备的碳纳米管悬浮液，采用电泳法在样板上均匀地电泳上一层碳纳米管膜层120，放置于加热盘上于100℃下5~8分钟以去除有机溶剂；
(4)再次采用磁控溅射法，将经过以上过程处理的样板镀上AZO薄膜130,厚度为150nm。
第二实施例：
一种基于AZO/碳纳米管/AZO结构的柔性电极的制备方法，包括如下步骤：
（1）将K30、异丙醇，以一定比例混合，再将适量研磨后的碳纳米管粉末分散于上述溶液中，将配好的液体超声5min，形成稳定的碳纳米管悬浮溶液（0.003g /L），备用；
（2）采用磁控溅射法在聚对苯二甲酸乙二醇酯上镀AZO薄膜110,厚度200nm；
（3）取出溅射了AZO薄膜的聚对苯二甲酸乙二醇酯基板，利用步骤(S10)配备的碳纳米管悬浮液，采用电泳法在样板上均匀地电泳上一层碳纳米管膜层120，放置于加热盘上于100℃下5~8分钟以去除有机溶剂；
（4）再次采用磁控溅射法，将经过以上过程处理的样板镀上AZO薄膜130，厚度为200nm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种基于AZO/碳纳米管/AZO结构的柔性电极，包括柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯基板，AZO，以及夹在AZO导电电极之间的碳纳米管膜层，其特征在于：所述的碳纳米管膜层为导电层，所述的柔性电极为夹层结构。
2.根据权利要求1所述的基于AZO/碳纳米管/AZO结构的柔性电极，其特征在于：所述的AZO膜厚为100~200nm。
3.一种基于AZO/碳纳米管/AZO结构的柔性电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将K30、异丙醇，以一定比例混合成溶液，再将适量研磨后的碳纳米管粉末分散于上述溶液中，将配好的液体溶液超声4~8min，形成稳定的碳纳米管悬浮溶液，备用；
（2）在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯基板上镀AZO薄膜；
（3）取出溅射了AZO薄膜的聚对苯二甲酸乙二醇酯基板，利用步骤（1)配备的碳纳米管悬浮液，在基板上均匀地电泳上一层碳纳米管膜层，放置于马福炉中于100℃下5~8分钟以去除有机溶剂；
（4）将经过以上过程处理的基板采用磁控溅射法镀上AZO薄膜。
4.根据权利要求3所述的基于AZO/碳纳米管/AZO结构的柔性电极的制备方法，其特征在于：所述置于AZO膜层之间的碳纳米管膜层采用电泳法制备。
5.根据权利要求3所述的基于AZO/碳纳米管/AZO结构的柔性电极的制备方法，其特征在于：所述步骤（2)、（4)中采用磁控溅射法在聚对苯二甲酸乙二醇酯基板上镀AZO薄膜，溅射镀膜时间为9~13min，所得的AZO薄膜厚度为100~200nm。
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