CN102938262A - 一种透明导电薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透明导电薄膜及其制备方法，所述透明导电薄膜位于透明衬底之上，含有石墨烯片和银纳米线；该透明导电薄膜为石墨烯片层与银纳米线层的组合层或者为石墨烯片和银纳米线共混的薄膜。本发明不仅具有高的可见光透过率和低的方块电阻，而且降低了制备工艺的复杂程度，降低了生产成本。

Description

一种透明导电薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种电子器件，具体涉及一种基于石墨烯/银纳米线的透明导电薄膜及其制备方法，属于电子技术领域。

背景技术

透明导电薄膜是电子信息产品的重要组成部分。对透明导电薄膜的一般要求是方块电阻尽可能的低、可见光范围内的光透过率要尽可能的高，同时作为一种商业化的产品，生产成本也是越低越好。

由于In₂O₃:SnO₂(ITO)具有高可见光透过率、低电阻的特点，目前的光电子器件中多采用ITO作为电极，但其存在以下缺点：(1)ITO中的铟有剧毒，在制备和应用中对人体有害；(2)ITO中的In₂O₃价格昂贵，成本较高；(3)ITO薄膜易受到氢等离子体的还原作用，功效降低，这种现象在低温、低等离子体密度下也会发生；(4)在柔性衬底上的ITO薄膜会因为柔性衬底的弯曲而出现电导率下降的现象。

石墨烯是近年来发现的二维碳原子晶体，是一种单层的石墨材料，它是目前碳质材料的研究重点。石墨烯是一种没有能隙的物质，它具有比硅高很多的载流子迁移率。在石墨烯中，电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度，因此，石墨烯具有非常好的导电性。同时，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光。因此，石墨烯是一种透明、良好的导体，是ITO的良好的代替品。但是，目前制备的大面积的单层石墨烯的质量并不完美，单层石墨烯薄膜的方阻远大于ITO，为降低方阻而采用多层石墨烯虽然降低了薄膜的方阻，但随着层数的增加，不仅引起可见光透过率的下降，同时工艺也更为复杂，导致了石墨烯透明导电薄膜制造成本的增加。因此，如何降低工艺的复杂程度，同时保证石墨烯薄膜的高可见光透过率和低方阻具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是解决石墨烯薄膜不能同时兼有高可见光透过率和低方阻的问题，提供一种透明导电薄膜及其制备方法，使透明导电薄膜在降低方阻的同时保证高的可见光透过率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种透明导电薄膜，位于透明衬底之上，其含有石墨烯片和银纳米线。

所述透明导电薄膜为石墨烯片层与银纳米线层的组合层，该银纳米线层位于石墨烯片层之上或位于石墨烯片层之下。

所述透明导电薄膜为石墨烯片和银纳米线共混的薄膜。

所述石墨烯片为单层或双层的石墨烯。

所述银纳米线的直径介于40nm～200nm之间，长度介于10μm～200μm之间。

所述银纳米线在所述透明衬底上的密度介于0.0015～0.015mg/cm²之间。

所述透明衬底为玻璃或柔性衬底，该柔性衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺。

本发明另一技术方案如下：

一种透明导电薄膜的制备方法，其包括以下步骤：

1)对透明衬底进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干；

2)采用滴涂、刮涂、旋涂或喷涂的方法在透明衬底上形成银纳米线层；

3)采用化学气相沉积形成石墨烯片；

4)采用干法或湿法将石墨烯片转移到银纳米线层上，形成石墨烯片层。

或者步骤3)和4)的内容如下：

3)由氧化石墨烯经还原后形成石墨烯片；

4)采用滴涂、刮涂、旋涂或喷涂的方法在银纳米线层上形成石墨烯片层。

或者步骤2)、3)和4)的内容如下：

2)采用化学气相沉积形成石墨烯片；

3)采用干法或湿法将石墨烯片转移到透明衬底上，形成石墨烯片层；

4)采用滴涂、刮涂、旋涂或喷涂的方法在石墨烯片层上形成银纳米线层；其中，步骤2)和3)的内容也可以是：

2)由氧化石墨烯经还原后形成石墨烯片；

3)采用滴涂、刮涂、旋涂或喷涂的方法在透明衬底上形成石墨烯片层。

本发明又一技术方案如下：

一种透明导电薄膜的制备方法，其包括以下步骤：

1)对透明衬底进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干；

2)将银纳米线和由氧化石墨烯经还原后形成的石墨烯片均匀分散在溶剂中，所述溶剂包括水、异丙醇和正丁醇；

3)将含银纳米线和石墨烯片的溶剂以滴涂、刮涂、旋涂或喷涂的方式在透明衬底上形成透明导电薄膜。

本发明的有益效果在于：采用单层或双层石墨烯和均匀分散的银纳米线的组合层作为透明导电薄膜，由于银线密度小并且采用单层或双层的石墨烯，使导电薄膜具有高的可见光透过率，由于银线的导电能力远大于制备的石墨烯层，使导电薄膜具有低的方阻，同时本发明中的透明导电薄膜采用溶液法制备，大大降低了工艺的复杂程度，降低了成本。

附图说明

图1是本发明的透明导电薄膜和透明衬底的结构示意图。

图2是本发明的实施例1、2的结构示意图。

图3是本发明的实施例3、4的结构示意图。

图4是本发明的实施例5、6的结构示意图。

图5是本发明实施例2中导电薄膜和透明衬底的透过率。

其中，1透明衬底，2透明导电薄膜，21银纳米线层，22石墨烯层，23银纳米线与石墨烯共混薄膜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，该实施例以本发明技术方案为前提给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本发明所述的透明导电薄膜2位于透明衬底1之上，其含有石墨烯片和银纳米线。所述透明衬底1为玻璃或柔性衬底，该柔性衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚酰亚胺(PI)。所述石墨烯片为单层或双层的石墨烯。所述银纳米线的直径介于40nm～200nm之间，长度介于10μm～200μm之间，其在所述透明衬底1上的密度介于0.0015～0.015mg/cm²之间。

所述透明导电薄膜2可以有两种结构形式：一种为石墨烯片层22与银纳米线层21的组合层，该银纳米线层21位于石墨烯片层22之上，如图2，或者位于石墨烯片层22之下，如图3；另一种为石墨烯片和银纳米线共混的薄膜23，如图4。

实施例1

通过下列具体步骤完成所述透明导电薄膜2的制备：

1)对玻璃的透明衬底1进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干；

2)采用滴涂的方法在透明衬底1上形成银纳米线层21，所述银纳米线的直径为40nm，长度为100μm，其在所述透明衬底1上的密度为0.005mg/cm²；

3)采用化学气相沉积(CVD)形成石墨烯片，该石墨烯片为单层石墨烯；

4)采用干法将石墨烯片转移到银纳米线层21上，形成石墨烯片层22，从而在透明衬底1上制备成由石墨烯片层22与银纳米线层21的组合层构成的透明导电薄膜2。

实施例2

通过下列具体步骤完成所述透明导电薄膜2的制备：

1)对聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的柔性透明衬底1进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干；

2)采用刮涂的方法在透明衬底上1形成银纳米线层21，所述银纳米线的直径为60nm，长度为200μm，其在所述透明衬底1上的密度为0.0015mg/cm²；

3)由氧化石墨烯经还原后形成石墨烯片，该石墨烯片为双层石墨烯；

4)采用旋涂的方法在银纳米线层21上形成石墨烯片层22，从而在透明衬底1上制备成由石墨烯片层22与银纳米线层21的组合层构成的透明导电薄膜2。

实施例3

通过下列具体步骤完成所述透明导电薄膜2的制备：

1)对聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)的柔性透明衬底1进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干；

2)采用化学气相沉积(CVD)形成石墨烯片，该石墨烯片为双层石墨烯；

3)采用湿法将石墨烯片转移到透明衬底1上，形成石墨烯片层22；

4)采用喷涂的方法在石墨烯片层22上形成银纳米线层21，所述银纳米线的直径为60nm，长度为80μm，其在所述透明衬底1上的密度为0.005mg/cm²，从而在透明衬底1上制备成由石墨烯片层22与银纳米线层21的组合层构成的透明导电薄膜2。

实施例4

通过下列具体步骤完成所述透明导电薄膜2的制备：

1)对聚酰亚胺(PI)的柔性透明衬底1进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干；

2)由氧化石墨烯经还原后形成石墨烯片，该石墨烯片为单层石墨烯；

3)采用滴涂的方法在透明衬底1上形成石墨烯片层22；

4)采用旋涂的方法在石墨烯片层22上形成银纳米线层21，所述银纳米线的直径为50nm，长度为20μm，其在所述透明衬底1上的密度为0.015mg/cm²，从而在透明衬底1上制备成由石墨烯片层22与银纳米线层21的组合层构成的透明导电薄膜2。

实施例5

通过下列具体步骤完成所述透明导电薄膜2的制备：

1)对聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的柔性透明衬底1进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干；

2)将银纳米线和由氧化石墨烯经还原后形成的石墨烯片均匀分散在溶剂中，该石墨烯片为单层石墨烯，所述溶剂包括水、异丙醇和正丁醇，所述银纳米线的直径为200nm，长度为30μm；

3)将含银纳米线和石墨烯片的溶剂以刮涂的方式在透明衬底1上形成由石墨烯片和银纳米线共混的薄膜23，从而在透明衬底1上制备成透明导电薄膜2；所述银纳米线在所述透明衬底1上的密度为0.015mg/cm²。

实施例6

通过下列具体步骤完成所述透明导电薄膜2的制备：

1)对聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)的柔性透明衬底1进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干；

2)将银纳米线和由氧化石墨烯经还原后形成的石墨烯片均匀分散在溶剂中，该石墨烯片为双层石墨烯，所述溶剂包括水、异丙醇和正丁醇，所述银纳米线的直径为80nm，长度为10μm；

3)将含银纳米线和石墨烯片的溶剂以喷涂的方式在透明衬底1上形成由石墨烯片和银纳米线共混的薄膜23，从而在透明衬底1上制备成透明导电薄膜2；所述银纳米线在所述透明衬底1上的密度为0.01mg/cm²。

Claims (14)

1.一种透明导电薄膜，位于透明衬底之上，其特征是，所述透明导电薄膜含有石墨烯片和银纳米线。

2.根据权利要求1所述的透明导电薄膜，其特征是，所述透明导电薄膜为石墨烯片层与银纳米线层的组合层。

3.根据权利要求2所述的透明导电薄膜，其特征是，所述银纳米线层位于石墨烯片层之上或位于石墨烯片层之下。

4.根据权利要求1所述的透明导电薄膜，其特征是，所述透明导电薄膜为石墨烯片和银纳米线共混的薄膜。

5.根据权利要求1所述的透明导电薄膜，其特征是，所述石墨烯片为单层或双层的石墨烯。

6.根据权利要求1所述的透明导电薄膜，其特征是，所述银纳米线的直径介于40nm～200nm之间，长度介于10μm～200μm之间。

7.根据权利要求1所述的透明导电薄膜，其特征是，所述银纳米线在所述透明衬底上的密度介于0.0015～0.015mg/cm²之间。

8.根据权利要求1所述的透明导电薄膜，其特征是，所述透明衬底为玻璃或柔性衬底。

9.根据权利要求8所述的透明导电薄膜，其特征是，所述柔性衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺。

10.一种用于权利要求2所述的透明导电薄膜的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

1)对透明衬底进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干；

2)采用滴涂、刮涂、旋涂或喷涂的方法在透明衬底上形成银纳米线层；

3)采用化学气相沉积形成石墨烯片；

4)采用干法或湿法将石墨烯片转移到银纳米线层上，形成石墨烯片层。

11.根据权利要求10所述的透明导电薄膜的制备方法，其特征是，所述步骤3)和4)的内容如下：

3)由氧化石墨烯经还原后形成石墨烯片；

4)采用滴涂、刮涂、旋涂或喷涂的方法在银纳米线层上形成石墨烯片层。

12.根据权利要求10所述的透明导电薄膜的制备方法，其特征是，所述步骤2)、3)和4)的内容如下：

2)采用化学气相沉积形成石墨烯片；

3)采用干法或湿法将石墨烯片转移到透明衬底上，形成石墨烯片层；

4)采用滴涂、刮涂、旋涂或喷涂的方法在石墨烯片层上形成银纳米线层。

13.根据权利要求12所述的透明导电薄膜的制备方法，其特征是，所述步骤2)和3)的内容如下：

2)由氧化石墨烯经还原后形成石墨烯片；

3)采用滴涂、刮涂、旋涂或喷涂的方法在透明衬底上形成石墨烯片层。

14.一种用于权利要求4所述的透明导电薄膜的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

1)对透明衬底进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干；

2)将银纳米线和由氧化石墨烯经还原后形成的石墨烯片均匀分散在溶剂中，所述溶剂包括水、异丙醇和正丁醇；

3)将含银纳米线和石墨烯片的溶剂以滴涂、刮涂、旋涂或喷涂的方式在透明衬底上形成透明导电薄膜。

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