CN110739103B - 一种CuS/ZnS复合导电薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种CuS/ZnS复合导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：S1.制备多层花状ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5；S2.制备ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5溶液；S3.把固定有PI基材的玻璃夹具垂直放入上述溶液中，将夹具上端与机械搅拌相连，在ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5溶液中滴加Cu(N03)2溶液；S4.最后调节反应体系的温度和压力反应，待反应结束后，取出清洗，烘干得到单面附着CuS和ZnS的透明导电薄膜。本发明提供一种CuS/ZnS复合导电薄膜，具有低电阻率和高透光率，在太阳能电池和有机发光器件等领域具有广阔的应用前景。

Description

一种CuS/ZnS复合导电薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及导电材料领域，具体涉及一种CuS/ZnS复合导电薄膜的制备方法。
背景技术
随着微电子材料的飞速发展，以透明导电膜为基础的触摸显示技术得到了广泛应用。其中的透明导电膜大多以石英、玻璃等硬质材料为衬底，以氧化铟锡(ITO)为导电材料，尽管具有透光率高、导电性好等特点，但其衬底脆性大、不易弯曲，且采用储量稀少的铟为原料，大大限制了其应用的领域和范围。因此，研发柔性的、不含铟的透明导电膜，并将其用于柔性电子显示技术、薄膜太阳能电池以及可穿戴电子器件等领域，具有重要的现实意义。作为ITO的替代材料，CuS薄膜具有光电性能优良、价格低廉、储量丰富等显著优势，近年来引起了人们的极大关注；具有低电阻率及高透光率的ZnS基透明导电薄膜，在液晶显示器，太阳能电池和有机发光器件等领域具有广阔的应用前景。
发明内容
要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种CuS/ZnS复合导电薄膜，具有低电阻率和高透光率，在太阳能电池和有机发光器件等领域具有广阔的应用前景。
技术方案：一种CuS/ZnS复合导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1.将醋酸锌和硫脲加入至混合溶剂中，搅拌20-40min后，将混合溶液在120-140℃，压力为2-3MPa下反应16-22h，得到沉淀物将所得到的的白色沉淀离心分离，分别水洗，醇洗各两次，然后在60℃下烘干，即得到了多层花状ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5；
S2.将步骤S1制备得到ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5加入去离子水中，得到浓度为0.1-0.2mol/L的ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5溶液；
S3.把固定有PI基材的玻璃夹具垂直放入上述溶液中，将夹具上端与机械搅拌相连，在ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5溶液中滴加Cu(N03)2溶液，在120-200r/min下反应20-40min；
S4.最后调节反应体系的温度至120-160℃，压力为2-4Mpa下，反应2-8h，待反应结束后，取出清洗，烘干得到单面附着CuS和ZnS的透明导电薄膜。
进一步的，所述步骤S1中醋酸锌的浓度为0.1-0.2mol/L。
进一步的，所述步骤S1中醋酸锌和硫脲的摩尔比为1:2，所述混合溶液为乙二胺和去离子水的混合溶液，其体积比为3:6-10。
进一步的，所述步骤S3中Zn2+和Cu2+的摩尔比为3-6:1。
进一步的，所述步骤S4中调节反应体系的温度至130-150℃，压力为2-4Mpa下，反应4-6h。有益效果：本发明在常规化学浴沉积方法基础上，薄膜由竖直生长于PI基材表面的纳米CuS和ZnS构成，彼此呈紧密竖直堆积状态，其导电性和透光率可以调控。本发明提出的方法反应条件温和、时间短、工艺易于放大，能够制备出光电性能良好、耐弯曲性能较佳的CuS/ZnS透明导电薄膜，对类似薄膜材料的研究有一定的参考价值。
附图说明
图一为表面沉积CuS和ZnS的PI薄膜。
具体实施方式
实施例1
一种CuS/ZnS复合导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1.将醋酸锌和硫脲加入至混合溶剂中，搅拌20min后，将混合溶液在140℃，压力为2MPa下反应16h，得到沉淀物将所得到的的白色沉淀离心分离，分别水洗，醇洗各两次，然后在60℃下烘干，即得到了多层花状ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5，其中，醋酸锌的浓度为0.1mol/L，醋酸锌和硫脲的摩尔比为1:2，所述混合溶液为乙二胺和去离子水的混合溶液，其体积比为3:6；
S2.将步骤S1制备得到ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5加入去离子水中，得到浓度为0.1mol/L的ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5溶液；
S3.把固定有PI基材的玻璃夹具垂直放入上述溶液中，将夹具上端与机械搅拌相连，在ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5溶液中滴加Cu(N03)2溶液，在120r/min下反应40min，其中，Zn2+和Cu2+的摩尔比为3:1；
S4.最后调节反应体系的温度至120℃，压力为2Mpa下，反应2h，待反应结束后，取出清洗，烘干得到单面附着CuS和ZnS的透明导电薄膜。
实施例2
一种CuS/ZnS复合导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1.将醋酸锌和硫脲加入至混合溶剂中，搅拌40min后，将混合溶液在120℃，压力为3MPa下反应22h，得到沉淀物将所得到的的白色沉淀离心分离，分别水洗，醇洗各两次，然后在60℃下烘干，即得到了多层花状ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5，其中，醋酸锌的浓度为0.2mol/L，醋酸锌和硫脲的摩尔比为1:2，所述混合溶液为乙二胺和去离子水的混合溶液，其体积比为3:10；
S2.将步骤S1制备得到ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5加入去离子水中，得到浓度为0.2mol/L的ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5溶液；
S3.把固定有PI基材的玻璃夹具垂直放入上述溶液中，将夹具上端与机械搅拌相连，在ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5溶液中滴加Cu(N03)2溶液，在200r/min下反应20min，其中，Zn2+和Cu2+的摩尔比为6:1；
S4.最后调节反应体系的温度至160℃，压力为4Mpa下，反应8h，待反应结束后，取出清洗，烘干得到单面附着CuS和ZnS的透明导电薄膜。
实施例3
一种CuS/ZnS复合导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1.将醋酸锌和硫脲加入至混合溶剂中，搅拌25min后，将混合溶液在135℃，压力为3MPa下反应18h，得到沉淀物将所得到的的白色沉淀离心分离，分别水洗，醇洗各两次，然后在60℃下烘干，即得到了多层花状ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5，其中，醋酸锌的浓度为0.1mol/L，醋酸锌和硫脲的摩尔比为1:2，所述混合溶液为乙二胺和去离子水的混合溶液，其体积比为3:7；
S2.将步骤S1制备得到ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5加入去离子水中，得到浓度为0.1mol/L的ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5溶液；
S3.把固定有PI基材的玻璃夹具垂直放入上述溶液中，将夹具上端与机械搅拌相连，在ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5溶液中滴加Cu(N03)2溶液，在150r/min下反应25min，其中，Zn2+和Cu2+的摩尔比为4:1；
S4.最后调节反应体系的温度至130℃，压力为2Mpa下，反应4h，待反应结束后，取出清洗，烘干得到单面附着CuS和ZnS的透明导电薄膜。
实施例4
一种CuS/ZnS复合导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1.将醋酸锌和硫脲加入至混合溶剂中，搅拌35min后，将混合溶液在125℃，压力为2MPa下反应20h，得到沉淀物将所得到的的白色沉淀离心分离，分别水洗，醇洗各两次，然后在60℃下烘干，即得到了多层花状ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5，其中，醋酸锌的浓度为0.2mol/L，醋酸锌和硫脲的摩尔比为1:2，所述混合溶液为乙二胺和去离子水的混合溶液，其体积比为3:9；
S2.将步骤S1制备得到ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5加入去离子水中，得到浓度为0.2mol/L的ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5溶液；
S3.把固定有PI基材的玻璃夹具垂直放入上述溶液中，将夹具上端与机械搅拌相连，在ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5溶液中滴加Cu(N03)2溶液，在170r/min下反应35min，其中，Zn2+和Cu2+的摩尔比为5:1；
S4.最后调节反应体系的温度至150℃，压力为4Mpa下，反应6h，待反应结束后，取出清洗，烘干得到单面附着CuS和ZnS的透明导电薄膜。
实施例5
一种CuS/ZnS复合导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1.将醋酸锌和硫脲加入至混合溶剂中，搅拌30min后，将混合溶液在130℃，压力为3MPa下反应19h，得到沉淀物将所得到的的白色沉淀离心分离，分别水洗，醇洗各两次，然后在60℃下烘干，即得到了多层花状ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5，其中，醋酸锌的浓度为0.15mol/L，醋酸锌和硫脲的摩尔比为1∶2，所述混合溶液为乙二胺和去离子水的混合溶液，其体积比为3∶8；
S2.将步骤S1制备得到ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5加入去离子水中，得到浓度为0.1mol/L的ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5溶液；
S3.把固定有PI基材的玻璃夹具垂直放入上述溶液中，将夹具上端与机械搅拌相连，在ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5溶液中滴加Cu(N03)2溶液，在160r/min下反应30min，其中，Zn2+和Cu2+的摩尔比为5∶1；
S4.最后调节反应体系的温度至140℃，压力为3Mpa下，反应5h，待反应结束后，取出清洗，烘干得到单面附着CuS和ZnS的透明导电薄膜。
对比例1
对比例1为只沉积了CuS的PI导电薄膜。
使用RTS-9型测试仪测量膜层方块电阻，UV-2550型紫外-可见分光光度计表征膜层的透光率；
透光率(％) 方块电阻(Ω/□)
实施例1 78 24
实施例2 75 21
实施例3 74 19
实施例4 70 18
实施例5 67 16
对比例1 79 45

Claims (5)

1.一种CuS/ZnS复合导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将醋酸锌和硫脲加入至混合溶剂中，搅拌20-40min后，将混合溶液在120-140℃，压力为2-3MPa下反应16-22h，得到沉淀物将所得到的白色沉淀离心分离，分别水洗，醇洗各两次，然后在60℃下烘干，即得到了多层花状ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5 ；
S2.将步骤S1制备得到的ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5 加入去离子水中，得到浓度为0.1-0.2mol/L的ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5 溶液；
S3.把固定有PI基材的玻璃夹具垂直放入上述溶液中，将夹具上端与机械搅拌装置相连，在ZnS(H2NCH2CH2NH2)0.5 溶液中滴加Cu(N03)2溶液，在120-200r/min下反应20-40min；
S4.最后调节反应体系的温度至120-160℃，压力为2-4Mpa下，反应2-8h，待反应结束后，取出清洗，烘干得到单面附着CuS和ZnS的透明导电薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种CuS/ZnS复合导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中醋酸锌的浓度为0.1-0.2mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种CuS/ZnS复合导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中醋酸锌和硫脲的摩尔比为1:2，所述混合溶剂为乙二胺和去离子水的混合溶液，其体积比为3:6-10。
4.根据权利要求1所述的一种CuS/ZnS复合导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中 Zn2+ 和 Cu2+ 的摩尔比为3-6:1。
5.根据权利要求1所述的一种CuS/ZnS复合导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中调节反应体系的温度至130-150℃，压力为2-4Mpa下，反应4-6h。
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