CN110289124B - 一种基于导电聚合物的柔性电极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种基于导电聚合物的柔性电极及其制备方法，由下至上依次由柔性薄膜基材层、导电聚合物微米结构层和导电聚合物亚波长结构层构成，所述导电聚合物微米结构层为网格结构，导电聚合物微米结构层的网格结构的尺寸为微米级尺寸，导电聚合物亚波长结构层由纳米级结构的导电聚合物组合形成。本公开提供的柔性电极同时具有优异的减反增透性能和自清洁性能。

Description

一种基于导电聚合物的柔性电极及其制备方法
技术领域
本公开属于柔性电子技术领域，涉及一种基于导电聚合物的柔性电极及其制备方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。
随着电子设备的发展，柔性电子器件越来越受到大家的重视。在柔性器件中，需要导电电极具有柔性、可拉伸、高透光率、低方阻等特性。此外，对于触摸式柔性电子器件，汗滴、颗粒污染物附着在器件表面会严重削弱器件的灵敏度。
目前已报道的柔性电极存在功能单一、成本高、制备效率低等问题。中国专利CN108063001A公开了一种薄膜电极及其制作方法与应用，电极结构为导电聚合物薄膜/基底。中国专利CN 201610232791.X公开了一种柔性透明银网格复合电极及其制作方法，电极结构为A/银网格/弹性基底，其中A可以是导电聚合物(PEDOT:PSS)、金属氧化物半导体(ZnO)及这些材料的二元复合物，其制作方法是将金属网格及A材料顺次喷墨打印到高弹性塑料基底上。然而，经过本公开发明人的研究发现，上述专利中的电极对无法对其透光率、自清洁性能进行改善。此外，采用喷墨打印制备大面积透明电极困难。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开的目的是提供一种基于导电聚合物的柔性电极及其制备方法，该柔性电极能够使柔性电子器件具有优异的透光率和自清洁性能。
为了实现上述目的，本公开的技术方案为：
一方面，一种基于导电聚合物的柔性电极，由下至上依次由柔性薄膜基材层、导电聚合物微米结构层和导电聚合物亚波长结构层构成，所述导电聚合物微米结构层为网格结构，导电聚合物微米结构层的网格结构的尺寸为微米级尺寸，导电聚合物亚波长结构层由纳米级结构的导电聚合物组合形成。
本公开提供的柔性电极具有优异的减反增透性能和自清洁性能。
另一方面，一种上述柔性电极的制备方法，将导电聚合物涂布在柔性薄膜基材上，通过卷对卷压印在导电聚合物上加工微米级网格结构，对成形后的微米级网格结构进行热固化处理；然后采用刻蚀工艺去除导电聚合物残留层，获得非一体化的微米级网格结构；最后采用热压印工艺在微米级网格结构顶部表面压印亚波长纳米结构阵列，即可获得高透光率可自清洁的柔性电极。
本公开的有益效果为：
1.本公开采用卷对卷压印方法制备导电聚合物微米级网格结构，该方法可以连续加工，具有效率高、精度高、成本低、大面积一致性好等优点。
2.本公开提供的基于导电聚合物的柔性电极，同时具有优异的减反增透性能和自清洁性能。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例1的柔性电极结构示意图；
图2为本公开实施例1的柔性电极结构主视图；
图3为本公开实施例1的柔性电极结构俯视图；
图4为本公开实施例1的柔性电极的制备流程图；
其中，110、柔性薄膜基材层；120、导电聚合物微米结构层；130、导电聚合物亚波长结构层。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
鉴于现有电极存在透光率低、自清洁性能差的不足，为了解决如上的技术问题，本公开提出了一种基于导电聚合物的柔性电极及其制备方法。
本公开的一种典型实施方式，提供了一种基于导电聚合物的柔性电极，由下至上依次由柔性薄膜基材层、导电聚合物微米结构层和导电聚合物亚波长结构层构成，所述导电聚合物微米结构层为网格结构，导电聚合物微米结构层的网格结构的尺寸为微米级尺寸，导电聚合物亚波长结构层由纳米级结构的导电聚合物组合形成。导电聚合物材质为PEDOT:PSS等，柔性薄膜基材为聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)等中的任意一种。
本公开提供的柔性电极具有优异的减反增透性能和自清洁性能。
该实施方式的一种或多种实施例中，所述导电聚合物微米结构层呈平行四边形阵列、菱形阵列、矩形阵列、六边形阵列或圆形阵列分布在柔性薄膜基材层表面。
该实施方式的一种或多种实施例中，所述导电聚合物微米结构层的网格结构的截面为矩形、正方形、正梯形等。
该实施方式的一种或多种实施例中，导电聚合物亚波长结构层的纳米级结构为圆柱形、圆台形、棱柱形、棱台形或锥形。
该实施方式的一种或多种实施例中，导电聚合物亚波长结构层呈矩形阵列、平行四边形阵列、六边形阵列或圆环形阵列分布在微米级网格结构顶部表面。
该实施方式的一种或多种实施例中，导电聚合物微米结构层的厚度为0.5μm～500μm。
该实施方式的一种或多种实施例中，导电聚合物微米结构层中，网格的宽度为0.5μm～300μm，网格之间的间距为1μm～1000μm。
该实施方式的一种或多种实施例中，导电聚合物亚波长结构层的厚度为5nm～5000nm。
该实施方式的一种或多种实施例中，导电聚合物亚波长结构层中，结构直径为1nm～400nm，结构之间的间隙为1nm～1000nm。
本公开的另一种实施方式，提供了一种上述柔性电极的制备方法，将导电聚合物涂布在柔性薄膜基材上，通过卷对卷压印在导电聚合物上加工微米级网格结构，对成形后的微米级网格结构进行热固化处理；然后采用刻蚀工艺去除导电聚合物残留层，获得非一体化的微米级网格结构；最后采用热压印工艺在微米级网格结构顶部表面压印亚波长纳米结构阵列，即可获得高透光率可自清洁的柔性电极。
该实施方式的一种或多种实施例中，卷对卷压印过程中，柔性薄膜基材的进给速度为0.1～10m/min，压力辊挤压力为0～80kgf，且压力辊挤压力不为0。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本公开的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本公开的技术方案。
实施例1
一种基于导电聚合物的高透光率可自清洁的柔性电极，如图1～3所示，由下至上依次包括柔性薄膜基材层110、导电聚合物微米结构层120和导电聚合物亚波长结构层130构成。导电聚合物微米结构为矩形槽形状，底边宽度3μm、高度5μm、间距20μm，呈矩形阵列排布；导电聚合物亚波长结构为圆柱形状，圆柱形状直径100nm，圆柱形状高度150nm(即导电聚合物亚波长结构层的厚度)、间距100nm，呈矩形阵列排布在微米级网格结构顶部表面。
其制备方法，如图4所示，步骤为：
将导电聚合物(PEDOT:PSS)均匀涂布在柔性薄膜基材(PET)110上，通过卷对卷压印在导电聚合物(PEDOT:PSS)上加工微米级网格结构，采用保形带装置对结构进行保形并在140℃温度下进行预固化，微米级网格结构从模具脱离后进一步深度固化(温度120℃、时间45min)；然后采用等离子刻蚀工艺(气体环境为氮气和氩气的混合气，功率400W，刻蚀时间10min)，通过高能粒子束的物理轰击去除导电聚合物残留层，获得非一体化的微米级网格结构的导电聚合物微米结构层120(结构和残留层同时刻蚀，但残留层厚度非常小，结构去除量较小)；最后基于热压印工艺(温度120℃，压力50kgf)，采用阳极氧化模具压印导电聚合物微米结构层顶部表面，获得导电聚合物亚波长结构层130，最终获得高透光率可自清洁的柔性电极。在卷对卷压印工艺中，柔性薄膜基材的进给速度为0.1m/min，压力辊挤压力为50kgf。
实施例2
该实施例与实施例1相同，不同之处在于：导电聚合物亚波长结构的圆柱形状高度120nm。
导电聚合物亚波长结构通过阳极氧化模具进行调控。
实施例3
该实施例与实施例1相同，不同之处在于：导电聚合物亚波长结构的圆柱形状高度90nm。
导电聚合物亚波长结构通过阳极氧化模具进行调控。
实施例4
该实施例与实施例1相同，不同之处在于：导电聚合物亚波长结构的圆柱形状高度60nm。
导电聚合物亚波长结构通过阳极氧化模具进行调控。
实施例5
该实施例与实施例1相同，不同之处在于：导电聚合物亚波长结构的圆柱形状直径200nm。
导电聚合物亚波长结构通过阳极氧化模具进行调控。
实施例6
该实施例与实施例1相同，不同之处在于：导电聚合物亚波长结构的圆柱形状直径300nm。
导电聚合物亚波长结构通过阳极氧化模具进行调控。
实施例7
该实施例与实施例1相同，不同之处在于：导电聚合物亚波长结构的圆柱形状直径400nm。
导电聚合物亚波长结构通过阳极氧化模具进行调控。
实施例8
该实施例与实施例1相同，不同之处在于：导电聚合物亚波长结构的圆柱形状直径为0nm，圆柱形状高度为0nm，即没有导电聚合物亚波长结构层。
对实施例1～8的柔性电极的透光率和自清洁性能进行表征，结果如表1所示。采用紫外分光光度计测试透光率性能，以波长550nm处的透光率进行对比；在样品表面放置一些粉末颗粒，将样品倾斜10°，不断向样品表面滴水，根据粉末是否被水带走以及完全冲洗干净所需的滴水量可判断自清洁性能强弱。
表1对实施例1～8的柔性电极的透光率和自清洁性能
Figure BDA0002047827340000051
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于导电聚合物的柔性电极，其特征是，由下至上依次由柔性薄膜基材层、导电聚合物微米结构层和导电聚合物亚波长结构层构成，所述导电聚合物微米结构层为网格结构，导电聚合物微米结构层的网格结构的尺寸为微米级尺寸，导电聚合物亚波长结构层由纳米级结构的导电聚合物组合形成；
导电聚合物微米结构层的厚度为0.5μm～500μm。
2.如权利要求1所述的柔性电极，其特征是，所述导电聚合物微米结构层呈平行四边形阵列、菱形阵列、矩形阵列、六边形阵列或圆形阵列分布在柔性薄膜基材层表面。
3.如权利要求1所述的柔性电极，其特征是，所述导电聚合物微米结构层的网格结构的截面为矩形、正梯形、倒梯形、半球形或曲面。
4.如权利要求1所述的柔性电极，其特征是，导电聚合物亚波长结构层的纳米级结构为圆柱形、圆台形、棱柱形、棱台形或锥形。
5.如权利要求1所述的柔性电极，其特征是，导电聚合物亚波长结构层呈矩形阵列、平行四边形阵列、六边形阵列或圆环形阵列分布在微米级网格结构顶部表面。
6.如权利要求1所述的柔性电极，其特征是，导电聚合物微米结构层中，网格的宽度为0.5μm～300μm，网格之间的间距为1μm～1000μm。
7.如权利要求1所述的柔性电极，其特征是，导电聚合物亚波长结构层的厚度为5nm～5000nm。
8.如权利要求1所述的柔性电极，其特征是，导电聚合物亚波长结构层中，纳米级结构直径为1nm～400nm，纳米级结构之间的间隙为1nm～1000nm。
9.一种权利要求1～8任一所述的柔性电极的制备方法，其特征是，将导电聚合物涂布在柔性薄膜基材上，通过卷对卷压印在导电聚合物上加工微米级网格结构，对成形后的微米级网格结构进行热固化处理；然后采用等离子体刻蚀工艺去除导电聚合物残留层，获得非一体化的微米级网格结构；最后采用热压印工艺在微米级网格结构顶部表面压印亚波长结构阵列，即可获得高透光率可自清洁的柔性电极。
10.如权利要求9所述的柔性电极的制备方法，其特征是，卷对卷压印过程中，柔性薄膜基材的进给速度为0.1～10m/min，压力辊挤压力为0～80kgf，且压力辊挤压力不为0。
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