CN109841298A - 一种石墨烯透明导电膜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯透明导电膜，包含：多个石墨烯片，呈片状，厚度为13～20nm，且平面横向尺寸为11um～15um；以及一透明导电粘合剂，将该等石墨烯片黏结，其中该石墨烯透明导电膜的厚度小于50nm，该等石墨烯片与该透明导电粘合剂的重量比为1wt％至0.01wt％的间，该透明导电粘合剂占该石墨烯透明导电膜的体积百分比为0.5～10％。通过透明导电粘合剂将石墨烯片堆栈区块连接，而能形成完整的导电网络，使得薄膜可在高透光度下仍具有较低的片电阻值，且可形成于可挠性的支持体上，扩展可应用的范畴。
Description
技术领域
本发明涉及透明导电膜，特别是一种石墨烯透明导电膜。
背景技术
随着现有技术中常用的透明导电膜主要以金属薄膜与金属氧化物薄膜为主。在金属氧化物中，氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)的使用较为普及，具有良好的光学与电学性质，目前制备技术已臻成熟。
然而，氧化铟锡因原材料稀有造成价格高昂，同时氧化铟锡透明导电薄膜无法挠曲，都限制了氧化铟锡透明导电膜的应用范围与未来性。
单层石墨，又称为石墨烯(graphene)，是一种由单层碳原子以石墨键(sp2) 紧密堆积成二维蜂窝状的晶格结构，为目前世界上最薄也是最坚硬的材料，导热系数高于纳米碳管与金刚石，常温下其电子迁移率亦比纳米碳管或硅晶体高，电阻率比铜或银更低，为目前世界上电阻率最小的材料，仅一个碳原子的厚度同时让石墨烯亦具有极佳的透光率，因此在透明导电膜的应用上极具潜力。
因此，需要一种解决习用技术中价格、制备方法及性质上种种问题的方法。
发明内容
为解决现有存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种石墨烯透明导电膜。
为了实现上述目的，一种石墨烯透明导电膜，包含：多个石墨烯片，呈片状，厚度为13～20nm，且平面横向尺寸为11um～15um；以及一透明导电粘合剂，将该等石墨烯片黏结，其中该石墨烯透明导电膜的厚度小于50nm，该等石墨烯片与该透明导电粘合剂的重量比为1wt％至0.01wt％的间，该透明导电粘合剂占该石墨烯透明导电膜的体积百分比为0.5～10％。
作为优选，其中该透明导电粘合剂为一透明导电高分子，包含一聚噻吩结构，以及聚阳离子高分子结构的至少其中的一。
作为优选，其中该透明导电粘合剂包含聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)、聚(3,4- 亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)、聚苯胺、聚吡咯的至少其中的一。
作为优选，其中该聚噻吩结构的化学式为：
A为碳数为1-4的烷基自由基，或可取代1-4 个碳的的烷基自由基。
作为优选，其中该聚阳离子高分子结构的化学式为：
R1、R2、R3、R4为C1-C4的烷基，R5、R6为饱和或非饱合的亚烷基、芳香亚烷基或亚二甲苯基。
作为优选，其中该石墨烯透明导电膜于可见光下的穿透度大于80％。
作为优选，其中该石墨烯透明导电膜的片电阻小于500ohm/sq。
与现有技术比较，本发明的石墨烯透明导电膜由于粘合剂的添加，作为石墨烯片堆栈区块间的连接，形成一完整的导电网络，有效降低薄膜的片电阻值，且不影响整体的透光度，使得薄膜可在高透光度下仍具有较佳的片电阻值，且可形成于可挠性的支持体上，扩展可应用的范畴。
附图说明
图1为本发明石墨烯透明导电膜的微观结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做进一步详细的说明。
如图1所示，本发明的石墨烯透明导电膜1包含多个石墨烯片10，以及一透明导电粘合剂20，该透明导电粘合剂20将该等石墨烯片10黏结，而共同形成该石墨烯透明导电膜1，该石墨烯透明导电膜1可贴附于一支持体(未显示)上，其中该等石墨烯片10与透明导电粘合剂20的重量比为1wt％至 0.01wt％之间。该透明导电粘合剂20占该石墨烯透明导电膜1的体积百分比为0.5～10％。该石墨烯透明导电膜1的厚度小于50nm，该石墨烯透明导电膜1的片电阻小于500ohm/sq，且该石墨烯透明导电膜1的可见光(波长 300～700nm)穿透度大于80％。
该等石墨烯片10呈片状，厚度为13～20nm，且平面横向尺寸为 11um～15um。该透明导电粘合剂20为一透明导电高分子，包含一聚噻吩结构，以及聚阳离子高分子结构的至少其中的一。更明确地，该透明导电粘合剂20系选自聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)、聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸 (PEDOT：PSS)、聚苯胺、聚吡咯的任一者或其组合。
该聚噻吩结构的化学式为：
其中A为碳数为1-4的烷基自由基，或可取代1-4个碳的的烷基自由基。
该聚阳离子高分子结构的化学式为：
其中R1、R2、R3、R4为C1-C4 的烷基，R5、R6为饱和或非饱合的亚烷基、芳香亚烷基或亚二甲苯基。
此外，该石墨烯透明导电膜1具有可挠性，可贴附于具有可挠性的支持体。
以下以实际的实验示例，来说明本发明石墨烯透明导电膜及其制备方法，以下实施例中，石墨烯片都是氧化还原及热源接触剥离的方式所制成，制作的方法是取一石墨粉10g置于230mL的硫酸中，在冰浴中缓慢加入30g的过锰酸钾(KMnO4)维持在20℃持续搅拌，溶解后在35℃下再持续搅拌40分钟，再缓慢加入460mL的去离子水，维持在35℃持续搅拌20分钟，反应结束后加入1.4L的去离子水及100mL的双氧水(H2O2)，静置24小时候以5％的盐酸清洗，再于真空中干燥，而得到石墨氧化物粉体。接着，将该石墨氧化物粉体在真空接触高于1100℃的热源，则会剥离成石墨粉体材料，再经过1400 下以5％氢气及95％氩气进行还原，以降低氧含量至1.5wt％以下，而得到本发明所采用的厚度小于10nm，且平面横向尺寸大于1um的片状石墨烯片。
接着将石墨烯片，先放入N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中，配置成浓度 250ppm的悬浮溶液，该悬浮溶液的表面张力为40mJ/m2，表面电位为 -100.4mV，再加入聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)作为透明导电粘合剂，再以行星式球磨机研磨2小时，制成石墨烯导电浆料。再将石墨烯导电浆料喷涂于透明基材，并烘干充分使N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂挥发后，形成石墨烯透明导电膜，再以四点探针量测片电阻值，以紫外光可见光分光光谱仪量测可见光透光度，再此以波长550nm作为可见光源。
以下实验示例1-7的差异乃在于石墨烯透明导电膜中添加PEDOT：PSS 的量不同，其实验结果如表1所示。
表1
本发明的有益效果在于，通过透明导电粘合剂的添加，作为石墨烯片堆栈区块间的连接，形成一完整的导电网络，不仅可以有效降低薄膜的片电阻值，不影响整体的透光度，使得薄膜可在高透光度下仍具有较佳的片电阻值，且可形成于可挠性基材上，扩展可应用的范畴。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种石墨烯透明导电膜，包含：多个石墨烯片，呈片状，厚度为13～20nm，且平面横向尺寸为11um～15um；以及一透明导电粘合剂，将该等石墨烯片黏结，其中该石墨烯透明导电膜的厚度小于50nm，该等石墨烯片与该透明导电粘合剂的重量比为1wt％至0.01wt％的间，该透明导电粘合剂占该石墨烯透明导电膜的体积百分比为0.5～10％。
2.如权利要求1所述的石墨烯透明导电膜，其中该透明导电粘合剂为一透明导电高分子，包含一聚噻吩结构，以及聚阳离子高分子结构的至少其中的一。
3.如权利要求1所述的石墨烯透明导电膜，其中该透明导电粘合剂包含聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)、聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)、聚苯胺、聚吡咯的至少其中的一。
4.如权利要求2所述的石墨烯透明导电膜，其中该聚噻吩结构的化学式为：A为碳数为1-4的烷基自由基，或可取代1-4个碳的的烷基自由基。
5.如权利要求2的石墨烯透明导电膜，其中该聚阳离子高分子结构的化学式为：
R1、R2、R3、R4为C1-C4的烷基，R5、R6为饱和或非饱合的亚烷基、芳香亚烷基或亚二甲苯基。
6.如权利要求1所述的石墨烯透明导电膜，其中该石墨烯透明导电膜于可见光下的穿透度大于80％。
7.如权利要求1所述的石墨烯透明导电膜，其中该石墨烯透明导电膜的片电阻小于500ohm/sq。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN110635137A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-31 | 上海大学(浙江·嘉兴)新兴产业研究院 | 导电聚合物粘结剂及其制备方法、硅基负极片及其应用 |
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2017
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN110635137B (zh) * | 2019-09-25 | 2022-08-30 | 上海大学(浙江·嘉兴)新兴产业研究院 | 导电聚合物粘结剂及其制备方法、硅基负极片及其应用 |
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