CN113744916A - 一种透明导电薄膜及其制备方法 - Google Patents

一种透明导电薄膜及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113744916A
CN113744916A CN202110845364.XA CN202110845364A CN113744916A CN 113744916 A CN113744916 A CN 113744916A CN 202110845364 A CN202110845364 A CN 202110845364A CN 113744916 A CN113744916 A CN 113744916A
Authority
CN
China
Prior art keywords
embedded
metal
random
film
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110845364.XA
Other languages
English (en)
Inventor
焦博
吴朝新
王振骁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN202110845364.XA priority Critical patent/CN113744916A/zh
Publication of CN113744916A publication Critical patent/CN113744916A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • H01B5/14—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form comprising conductive layers or films on insulating-supports
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Non-Insulated Conductors (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

本发明公开了一种透明导电薄膜及其制备方法，在聚合物衬底上涂布胶体膜，在室温，25％相对湿度条件下干燥处理使胶体膜开裂形成随机裂纹网络；然后使用真空电阻加热技术在随机裂纹网络的胶体膜表面沉积金属；得到残留在聚合物衬底表面的随机金属网格；采用热压工艺得到嵌入聚合物衬底中的随机金属网格，制得PET柔性透明导电薄膜。本发明制备工艺简单，成本低廉，方便大面积制备。

Description

一种透明导电薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于柔性光电子器件技术领域，具体涉及一种透明导电薄膜及其制备方法。
背景技术
柔性透明导电电极是柔性透明光电子器件的重要组成部分，其主要作用在于，在保持良好的可变形能力的前提下，高效传输载流子，并且最大程度的透过可见光。现阶段可以制备柔性透明导电电极的材料包括：掺杂金属氧化物，导电聚合物，纳米金属线，碳纳米管，二维材料，微米、亚微米规则金属网格。
掺杂金属氧化物是现今市场中主流的制备透明导电电极材料，其具有良好热和环境稳定性，较低的方阻，以及较高的可见光透过能力，但是由于金属氧化物材料本身共价键取向性的影响，金属氧化物难以承受较大的变形，制约了其在柔性领域的应用。
导电聚合物材料具有易与制备成膜，耐变形能力强的特点，可以低成本大面积制备柔性透明导电电极，但是导电聚合物的载流子迁移率较低，故以其制备的透明电极方阻较高，不能满足太阳能电池和电致发光器件的要求。
纳米金属线材料易与分散在溶液中，可以方便的通过液相法大面积的制备透明电极，并且由于金属材料超高的电导率，其所制备的透明电极在保证高透过率前提下，具有相对较小的方阻，但是由于纳米尺度带来的熔点降低效应，金属纳米线基透明电极的热稳定性较差，不利于其在较大电流下的应用。
碳纳米管材料易与液相法制备，而且单根碳纳米管在一维线性尺度上具有可以与金属媲美的电导率，但是碳纳米管间存在较大的接触电阻，故以碳纳米管网络为基础的透明导电电极通常方阻较高，不易满足在太阳能电池和电致发光器件应用的要求。
二维材料在二维平面具有很高的载流子迁移率，但是大面积制备性质均一的二维材料薄膜需要利用CVD方法，制造成本高昂，限制了其作为透明导电电极的进一步发展。
微米、亚微米级规则金属网格近年来在透明导电电极领域得到了越来越广泛的应用，其充分利用了金属导电能力强的特点，可以大面积，低成本的制备高导电能力的柔性透明电极，但是沉积金属网络会给柔性衬底表面引入剧烈的结构起伏，产生极大的粗糙度，在应用其制备光电器件的过程中，容易造成光电器件短路失效，并且制备规则金属网格所涉及的图形化技术，需要严格精确的控制工艺参数，增加了制造难度以及制造成本，同时规则图案会带来出光过程中较为严重的莫尔条纹效应，导致出光不均。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种透明导电薄膜及其制备方法，低成本，效率高，制备的透明导电薄膜具有高导电能力，高透过率，低表面粗糙度，高耐弯折变形的特点。
本发明采用以下技术方案：
一种透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
在聚合物衬底上涂布胶体膜，在室温，25％相对湿度条件下干燥处理使胶体膜开裂形成随机裂纹网络；然后使用真空电阻加热技术在随机裂纹网络的胶体膜表面沉积金属；得到残留在聚合物衬底表面的随机金属网格；采用热压工艺得到嵌入聚合物衬底中的随机金属网格，制得PET柔性透明导电薄膜。
具体的，热压工艺的热压温度为140～160℃，压强为10～15MPa，时间为45～90分钟。
具体的，PET柔性透明导电电极在350～800nm的可见光区透过率稳定为80.2％～83.5％，方阻为1～2Ωsq-1。
具体的，沉积金属包括Ag，Cu，Au，Al的单体或合金。
具体的，胶体为水分散直径10～100nm的亚克力小球或水分散直径为10～100nm的SiO2小球。
进一步的，胶体为水分散直径10～100nm的亚克力小球时使用的清洗溶剂为三氯甲烷。
进一步的，胶体为水分散直径10～100nm的SiO2小球时使用的清洗溶剂为水。
具体的，聚合物衬底为高透过率热塑性聚合物薄膜。
具体的，胶体膜的厚度为30～60μm。
本发明的另一个技术方案是，一种透明导电薄膜，包括聚合物衬底，聚合物衬底上采用热压工艺嵌入设置有微米级的随机金属网格。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种透明导电薄膜的制备方法，胶体开裂形成随机裂纹模板过程相对传统以光刻，喷墨打印，压印为基础的简单高效，成本低廉，可以方便的制备大面积随机网格的掩膜。通过刮涂制备随机裂纹模板，简单高效，成本低廉，真空沉积金属壳精确控制金属层厚度，制备质量良好的金属网格，通过溶剂清洗去除裂纹模板，可得到导电能力强，透过率高的随机金属网格，并且由于网格结构的随机性，可以有效的避免莫尔条纹效应引起的出光不均匀现象，通过热压，将网格嵌入聚合物衬底，可提高金属晶粒大小，减少金属中缺陷，进一步提高金属网格导电能力，表面平整度，环境稳定性，耐弯折性，衬底结合力。通过随机裂纹掩膜蒸镀和热压嵌入可以有效制备高性能的透明导电薄膜。
进一步的，选择温度140～160℃，这一温度区间在绝大多数透明热塑性材料玻璃化转变温度以上，在此温度下，聚合物处于粘弹态具有较好的塑性变形能力，选择压强为10～15Mpa，可以为高分子取向性提供足够的动力，时间选择45～90分钟，可以足够高分子完成取向性转变，形成足够的塑性变形。
进一步的，制备的柔性透明导电电极可见光区透过率稳定为80.2％，方阻为1～2Ωsq-1，品质因子超过900，是一种性质优良的透明电极材料，工业要求的柔性电极品质因子>35，我们所制备的电极满足柔性太阳能电池和发光器件的需求。
进一步的，金属Ag，Cu，Au，Al具有导电能力强，延展性高，易于真空沉积，适于制备高性能柔性网格电极。其中金属Ag具有最高的电导率，可以制备方阻极低的电极，Cu，Al成本低廉，可以有效降低制备金属网格的造价，Au性质稳定，可以制备耐环境腐蚀的网格电极。
进一步的，胶体颗粒半径会极大的影响胶体分散性，颗粒半径过大，颗粒不能稳定悬浮于液相中，易形成沉淀。同时，胶体颗粒半径还会影响胶体成膜后的内部应力分布，从而影响开裂行为，选择10～100nm胶体颗粒，制备成膜后可稳定形成微米级的裂纹网络。
进一步的，清洗溶剂三氯甲烷成本低廉，对于亚克力小球具有良好的溶解作用，可以快速高效的去除亚克力裂纹掩膜。
进一步的，清洗溶水成本低廉，可以破坏SiO2小球间胶体力的结合，快速高效清除SiO2裂纹掩膜。
进一步的，PET衬底可见光透过率高，耐弯折能力强，是一种性能优良的透明电极衬底材料。
一种透明导电薄膜，以微米级随机金属网格为基础，具有金属网格嵌入聚合物PET衬底的结构特点，微米级结构远大于可见光波段波长，使其在整个可见光波段都具有稳定的透过率，同时金属本身超高的导电能力已给予所制备的透明电极极小的方阻。金属网格嵌入衬底的结构，可以极低的降低表面粗糙度，防止所制备的光电子器件短路失效，并且可以增加金属网格在聚合物衬底的结合力，防止其在弯折变形过程中剥离失效。
综上所述，采用裂纹模板法制备随机金属网格柔性透明导电电极，工艺简单，成本低廉，方便大面积制备，随机结构可以防止出现出光不均的莫尔条纹效应，并且通过热压嵌入金属网格，可以有效的提高电极导电能力，表面平整度，环境稳定性，耐弯折性，衬底结合力，制备综合性能优良的透明导电电极材料。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为随机金属网格柔性透明电极表面光学显微镜照片；
图2为随机金属网格柔性透明电极透过率和方阻结果图；
图3为随机金属网格嵌入聚合物衬底的扫描电镜照片，其中，(a)为未热压嵌入金属网格表面，(b)为热压嵌入金属网格表面；
图4为随机金属网格嵌入与未嵌入聚合物衬底原子力显微镜观察的结果图，其中，(a)为未热压嵌入金属网格表面，(b)为热压嵌入金属网格表面；
图5为随机金属网格嵌入与未嵌入聚合物衬底结构粘附性测试的结果图；
图6为随机金属网格嵌入与未嵌入聚合物衬底耐弯折性测试的结果图，其中，(a)为凸弯折，(b)为凹弯折；
图7为随机金属网格嵌入与未嵌入聚合物衬底老化测试的结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
本发明提供了一种透明导电薄膜，以微米级随机金属网格为基础，微米级结构远大于可见光波段波长，利用热压工艺将金属网格嵌入热塑性透明热塑性聚合物衬底(PET衬底，COC等)上。
随机金属网格包括Ag，Cu，Au，Al的单体或合金。
随机金属网格的制备过程包括：以胶体开裂形成随机裂纹网络为模板，采用真空电阻加热技术向裂纹模板沉积金属，利用溶剂清洗胶体模板得到金属网络残留在衬底表面。
胶体为水分散直径10～100nm的亚克力小球或水分散直径10～100nm的SiO2小球中的一种。
胶体为水分散直径10～100nm的亚克力小球时，清洗溶剂选择三氯甲烷。
胶体为水分散直径10～100nm的SiO2小球时，清洗溶剂选择水。
本发明一种透明导电薄膜及其制备方法，包括以下步骤：
S1、丙酮乙醇1:1溶液清洗PET衬底15min，随后去离子水清洗PET衬底15min；
S2、涂布30～60μm的胶体膜，在25℃，25％相对湿度条件下干燥12小时，使得所刮涂的胶体膜完全开裂形成随机裂纹网络；
涂布方法为旋涂方法、刮涂方法、狭缝涂布方法或者超声喷涂方法。
S3、在胶体随机裂纹模板表面沉积金属；
沉积方法为真空电阻式沉积，等离子体加热沉积，激光加热沉积，电化学沉积。
S4、通过溶剂洗去胶体模板，得到残留在聚合物PET衬底表面的随机金属网格；
S5、丙酮乙醇1:1溶液清洗玻璃片15min，随后去离子水清洗玻璃片15min；
S6、将随机金属网格/PET夹在玻璃片之间，放置在平板硫化机加热板之间，在温度140～160℃，压强10～15MPa的条件下热压45～90min，得到嵌入衬底中的随机金属网格，PET柔性透明导电电极。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种随机金属Ag网格嵌入PET衬底的柔性透明导电电极
丙酮乙醇1:1溶液清洗玻璃片和PET衬底15min，紧接着用去离子水清洗玻璃片和PET衬底15min。利用丝棒在PET衬底表面刮涂50μm厚的亚克力胶体膜，在25℃，25％相对湿度条件下干燥12小时，使得所刮涂的胶体膜完全开裂形成随机裂纹网络。
利用真空电阻式沉积在胶体随机裂纹模板表面沉积金属Ag 400nm，随后通过三氯甲烷洗去亚克力胶体模板，得到残留在聚合物PET衬底表面的随机金属网格。
随后将随机金属网格/PET夹在玻璃片之间，放置在平板硫化机加热板之间，在温度140℃，压强15MPa的条件下热压45min，得到嵌入衬底中的随机金属网格，PET柔性透明导电电极。
所得到的随机金属网格分布如图1所示。通过紫外可见光光谱仪以及四探针测量可得，其可见光区透过率稳定在80.2％，方阻在1sq-1，如图2所示。
通过扫描电镜观察，相对于未热压的随机金属网格/PET薄膜(图3a所示)可以清晰的发现金属网格已经嵌入聚合物衬底表面，如图3b所示。
原子力显微镜测试进一步证明了金属网格嵌入聚合物PET衬底，表面粗糙度相对未嵌入的结构从80.5nm(图4a)下降到10.5nm(图4b)，如图4所示。
请参阅图5和图6，利用3M胶带进行金属网格对衬底结合力的测试，胶带反复黏贴100次，测试每一次的相对方阻变化，结果如图5所示，嵌入衬底的金属网格(in-plane)相对于未嵌入的金属网格(out-of-plane)，方阻变化更小，表明金属网格受到了更多的衬底粘附力，更难发生剥离。通过弯折测试系统，以5mm曲率半径，凹凸弯折加载模式，测试金属网格嵌入(in-plane)与未嵌入(out-of-plane)衬底结构的耐弯折能力，结果如图5所示，经过10000次弯折后，金属网格嵌入衬底透明电极相对方阻变化均<10％，相对的未嵌入衬底试样相对方阻在凸弯折测试条件下，相对方阻变化116％，凹弯折条件下相对方阻变化也有40％。通过老化实验验证所制备柔性透明电极的环境稳定性。在85℃，85％相对湿度条件下，金属网格嵌入与未嵌入衬底结构的薄膜被放置10天，测试每两天的相对方阻变化，结果如图7所示。
嵌入衬底结构(in-plane)薄膜，相对方阻变化较未嵌入衬底结构(out-of-plane)薄膜缓慢，表明金属网格嵌入聚合物PET衬底中后，具有更小的与大气环境接触面积，更加不易与大气环境相互作用，提高了环境稳定性。
实施例2
一种随机金属Cu网格嵌入PET衬底的柔性透明导电电极
丙酮乙醇1:1溶液清洗玻璃片和PET衬底15min，紧接着用去离子水清洗玻璃片和PET衬底15min。利用丝棒在PET衬底表面刮涂50μm厚的亚克力胶体膜，在25℃，25％相对湿度条件下干燥12小时，使得所刮涂的胶体膜完全开裂形成随机裂纹网络。
利用真空电阻式沉积在胶体随机裂纹模板表面沉积金属Cu 400nm，随后通过三氯甲烷洗去亚克力胶体模板，得到残留在聚合物PET衬底表面的随机金属网格。
随后将随机金属网格/PET夹在玻璃片之间，放置在平板硫化机加热板之间，在温度140℃，压强15MPa的条件下热压45min，得到嵌入衬底中的随机金属网格，PET柔性透明导电电极。
通过紫外可见光光谱仪以及四探针测量可得，其可见光区透过率稳定在80.2～83％，方阻在2Ωsq-1。
通过扫描电镜观察，相对于未热压的随机金属网格/PET薄膜可以清晰的发现金属网格已经嵌入聚合物衬底表面。
原子力显微镜测试进一步证明了金属网格嵌入聚合物PET衬底，表面粗糙度明显下降。
利用3M胶带进行金属网格对衬底结合力的测试，胶带反复黏贴100次，测试每一次的相对方阻变化，嵌入衬底的金属网格(in-plane)相对于未嵌入的金属网格(out-of-plane)，方阻变化更小，表明金属网格受到了更多的衬底粘附力，更难发生剥离。
通过弯折测试系统，以5mm曲率半径，凹凸弯折加载模式，测试金属网格嵌入(in-plane)与未嵌入(out-of-plane)衬底结构的耐弯折能力，经过10000次弯折后，金属网格嵌入衬底透明电极相对方阻变化均<10％，相对的未嵌入衬底试样相对方阻在凸凹弯折测试条件下，相对方阻变化比嵌入网格大一个量级。通过老化实验验证所制备柔性透明电极的环境稳定性。
在85℃，85％相对湿度条件下，金属网格嵌入与未嵌入衬底结构的薄膜被放置10天，测试每两天的相对方阻变化，嵌入衬底结构(in-plane)薄膜，相对方阻变化较未嵌入衬底结构(out-of-plane)薄膜缓慢，表明金属网格嵌入聚合物PET衬底中后，具有更小的与大气环境接触面积，更加不易与大气环境相互作用，提高了环境稳定性。
实施例3
一种随机金属Au网格嵌入PET衬底的柔性透明导电电极
丙酮乙醇1:1溶液清洗玻璃片和PET衬底15min，紧接着用去离子水清洗玻璃片和PET衬底15min。利用丝棒在PET衬底表面刮涂50μm厚的亚克力胶体膜，在25℃，25％相对湿度条件下干燥12小时，使得所刮涂的胶体膜完全开裂形成随机裂纹网络。
利用真空电阻式沉积在胶体随机裂纹模板表面沉积金属Au 400nm，随后通过三氯甲烷洗去亚克力胶体模板，得到残留在聚合物PET衬底表面的随机金属网格。
随后将随机金属网格/PET夹在玻璃片之间，放置在平板硫化机加热板之间，在温度140℃，压强15MPa的条件下热压45min，得到嵌入衬底中的随机金属网格，PET柔性透明导电电极。
通过紫外可见光光谱仪以及四探针测量可得，其可见光区透过率稳定在80.2～83％，方阻在1～2Ωsq-1。
通过扫描电镜观察，相对于未热压的随机金属网格/PET薄膜可以清晰的发现金属网格已经嵌入聚合物衬底表面。
原子力显微镜测试进一步证明了金属网格嵌入聚合物PET衬底，表面粗糙度明显下降。
利用3M胶带进行金属网格对衬底结合力的测试，胶带反复黏贴100次，测试每一次的相对方阻变化，嵌入衬底的金属网格(in-plane)相对于未嵌入的金属网格(out-of-plane)，方阻变化更小，表明金属网格受到了更多的衬底粘附力，更难发生剥离。
通过弯折测试系统，以5mm曲率半径，凹凸弯折加载模式，测试金属网格嵌入(in-plane)与未嵌入(out-of-plane)衬底结构的耐弯折能力，经过10000次弯折后，金属网格嵌入衬底透明电极相对方阻变化均<10％，相对的未嵌入衬底试样相对方阻在凸凹弯折测试条件下，相对方阻变化比嵌入网格大一个量级。通过老化实验验证所制备柔性透明电极的环境稳定性。
在85℃，85％相对湿度条件下，金属网格嵌入与未嵌入衬底结构的薄膜被放置10天，测试每两天的相对方阻变化，嵌入衬底结构(in-plane)薄膜，相对方阻变化较未嵌入衬底结构(out-of-plane)薄膜缓慢，表明金属网格嵌入聚合物PET衬底中后，具有更小的与大气环境接触面积，更加不易与大气环境相互作用，提高了环境稳定性
实施例4
一种随机金属Al网格嵌入PET衬底的柔性透明导电电极丙酮乙醇1:1溶液清洗玻璃片和PET衬底15min，紧接着用去离子水清洗玻璃片和PET衬底15min。利用丝棒在PET衬底表面刮涂50μm厚的亚克力胶体膜，在25℃，25％相对湿度条件下干燥12小时，使得所刮涂的胶体膜完全开裂形成随机裂纹网络。
利用真空电阻式沉积在胶体随机裂纹模板表面沉积金属Al 400nm，随后通过三氯甲烷洗去亚克力胶体模板，得到残留在聚合物PET衬底表面的随机金属网格。
随后将随机金属网格/PET夹在玻璃片之间，放置在平板硫化机加热板之间，在温度140℃，压强15MPa的条件下热压45min，得到嵌入衬底中的随机金属网格，PET柔性透明导电电极。
通过紫外可见光光谱仪以及四探针测量可得，其可见光区透过率稳定在80.2～83％，方阻在1～2Ωsq-1。
通过扫描电镜观察，相对于未热压的随机金属网格/PET薄膜可以清晰的发现金属网格已经嵌入聚合物衬底表面。
原子力显微镜测试进一步证明了金属网格嵌入聚合物PET衬底，表面粗糙度明显下降。
利用3M胶带进行金属网格对衬底结合力的测试，胶带反复黏贴100次，测试每一次的相对方阻变化，嵌入衬底的金属网格(in-plane)相对于未嵌入的金属网格(out-of-plane)，方阻变化更小，表明金属网格受到了更多的衬底粘附力，更难发生剥离。
通过弯折测试系统，以5mm曲率半径，凹凸弯折加载模式，测试金属网格嵌入(in-plane)与未嵌入(out-of-plane)衬底结构的耐弯折能力，经过10000次弯折后，金属网格嵌入衬底透明电极相对方阻变化均<10％，相对的未嵌入衬底试样相对方阻在凸凹弯折测试条件下，相对方阻变化比嵌入网格大一个量级。通过老化实验验证所制备柔性透明电极的环境稳定性。
在85℃，85％相对湿度条件下，金属网格嵌入与未嵌入衬底结构的薄膜被放置10天，测试每两天的相对方阻变化，嵌入衬底结构(in-plane)薄膜，相对方阻变化较未嵌入衬底结构(out-of-plane)薄膜缓慢，表明金属网格嵌入聚合物PET衬底中后，具有更小的与大气环境接触面积，更加不易与大气环境相互作用，提高了环境稳定性。
实施例5
一种随机金属Ag网格嵌入COC衬底的柔性透明导电电极乙醇溶液清洗玻璃片和COC衬底15min，紧接着用去离子水清洗玻璃片和COC衬底15min。利用丝棒在COC衬底表面刮涂50μm厚的SiO2胶体膜，在25℃，25％相对湿度条件下干燥12小时，使得所刮涂的胶体膜完全开裂形成随机裂纹网络。
利用真空电阻式沉积在胶体随机裂纹模板表面沉积金属Ag 400nm，随后通过去离子水洗去SiO2胶体膜板，得到残留在聚合物COC衬底表面的随机金属网格。
随后将随机金属网格/COC夹在玻璃片之间，放置在平板硫化机加热板之间，在温度160℃，压强10MPa的条件下热压60min，得到嵌入衬底中的随机金属网格，COC柔性透明导电电极。
通过紫外可见光光谱仪以及四探针测量可得，其可见光区透过率稳定在80.2～83％，方阻在1Ωsq-1。
通过扫描电镜观察，相对于未热压的随机金属网格/COC薄膜可以清晰的发现金属网格已经嵌入聚合物衬底表面。
原子力显微镜测试进一步证明了金属网格嵌入聚合物COC衬底，表面粗糙度明显下降。
利用3M胶带进行金属网格对衬底结合力的测试，胶带反复黏贴100次，测试每一次的相对方阻变化，嵌入衬底的金属网格(in-plane)相对于未嵌入的金属网格(out-of-plane)，方阻变化更小，表明金属网格受到了更多的衬底粘附力，更难发生剥离。
通过弯折测试系统，以5mm曲率半径，凹凸弯折加载模式，测试金属网格嵌入(in-plane)与未嵌入(out-of-plane)衬底结构的耐弯折能力，经过10000次弯折后，金属网格嵌入衬底透明电极相对方阻变化均<10％，相对的未嵌入衬底试样相对方阻在凸凹弯折测试条件下，相对方阻变化比嵌入网格大一个量级。通过老化实验验证所制备柔性透明电极的环境稳定性。
在85℃，85％相对湿度条件下，金属网格嵌入与未嵌入衬底结构的薄膜被放置10天，测试每两天的相对方阻变化，嵌入衬底结构(in-plane)薄膜，相对方阻变化较未嵌入衬底结构(out-of-plane)薄膜缓慢，表明金属网格嵌入聚合物COC衬底中后，具有更小的与大气环境接触面积，更加不易与大气环境相互作用，提高了环境稳定性。
综上所述，本发明一种透明导电薄膜及其制备方法的优势表现如下：
1)通过热压将金属网格嵌入热塑性聚合物衬底中，增加了金属网格与衬底的结合力，提高了金属网格基透明电极的耐弯折，耐刮擦能力；
2)通过热压将金属网格嵌入热塑性聚合物衬底中，降低了所制备柔性透明电极的表面粗糙度，有利于防止柔性光电子器件短路失效；
3)通过热压将金属网格嵌入热塑性聚合物衬底中，降低了金属网格与大气环境的接触面积，提高了所制备柔性透明电极的环境稳定性。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在聚合物衬底上涂布胶体膜，在室温条件下干燥处理使胶体膜开裂形成随机裂纹网络；然后使用真空电阻加热技术在随机裂纹网络的胶体膜表面沉积金属；得到残留在聚合物衬底表面的随机金属网格；采用热压工艺得到嵌入聚合物衬底中的随机金属网格，制得PET柔性透明导电薄膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，热压工艺的热压温度为140～160℃，压强为10～15MPa，时间为45～90分钟。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，PET柔性透明导电电极在350～800nm的可见光区透过率稳定为80.2％～83.5％，方阻为1～2Ωsq-1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，沉积金属包括Ag，Cu，Au，Al的单体或合金。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，胶体为水分散直径为10～100nm的亚克力小球或水分散直径为10～100nm的SiO2小球。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，胶体为水分散直径10～100nm的亚克力小球时使用的清洗溶剂为三氯甲烷。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，胶体为水分散直径10～100nm的SiO2小球时使用的清洗溶剂为水。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，聚合物衬底为高透过率热塑性聚合物薄膜。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，胶体膜的厚度为30～60μm。
10.根据权利要求1所述方法制备的透明导电薄膜，其特征在于，包括聚合物衬底，聚合物衬底上采用热压工艺嵌入设置有微米级的随机金属网格。
CN202110845364.XA 2021-07-26 2021-07-26 一种透明导电薄膜及其制备方法 Pending CN113744916A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110845364.XA CN113744916A (zh) 2021-07-26 2021-07-26 一种透明导电薄膜及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110845364.XA CN113744916A (zh) 2021-07-26 2021-07-26 一种透明导电薄膜及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113744916A true CN113744916A (zh) 2021-12-03

Family

ID=78729082

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110845364.XA Pending CN113744916A (zh) 2021-07-26 2021-07-26 一种透明导电薄膜及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113744916A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114171257A (zh) * 2021-12-13 2022-03-11 西安交通大学 一种柔性透明电极及其制备方法
CN114709027A (zh) * 2022-04-02 2022-07-05 中山大学 一种金属网格透明导电薄膜及其制备方法和应用
CN114737153A (zh) * 2022-03-22 2022-07-12 洛阳理工学院 一种钛酸锶/金/二氧化硅结构柔性透明电极及其制备方法
CN114843036A (zh) * 2022-05-23 2022-08-02 中国人民解放军国防科技大学 一种基于溶液蒸发的裂纹模板制备方法及金属网格导电薄膜制备方法
CN114843035A (zh) * 2022-05-23 2022-08-02 中国人民解放军国防科技大学 基于逆向提拉法的曲面裂纹模板制备方法及金属网格导电薄膜制备方法
CN115818979A (zh) * 2022-12-19 2023-03-21 深圳市志凌伟业光电有限公司 一种环保、经济的方法制备金属网格透明电极

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160009928A1 (en) * 2013-03-05 2016-01-14 Jawaharlal Nehru Centre For Advanced Scientific Research Composition, substrates and methods thereof
CN106328260A (zh) * 2016-08-24 2017-01-11 华南师范大学 一种金属网络透明导电电极的全液相制备方法
CN108630351A (zh) * 2018-03-30 2018-10-09 华南师范大学 一种低成本柔性绿色可降解金属网络透明导电电极的方法
CN110570990A (zh) * 2019-08-24 2019-12-13 泉州柔丝蓝新材料科技有限公司 一种柔性透明导电膜制造装置
CN110600194A (zh) * 2019-08-24 2019-12-20 泉州柔丝蓝新材料科技有限公司 一种柔性透明导电膜制备工艺
CN112927862A (zh) * 2021-01-26 2021-06-08 青岛理工大学 一种高性能大面积柔性透明电极及其制备方法和应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160009928A1 (en) * 2013-03-05 2016-01-14 Jawaharlal Nehru Centre For Advanced Scientific Research Composition, substrates and methods thereof
CN106328260A (zh) * 2016-08-24 2017-01-11 华南师范大学 一种金属网络透明导电电极的全液相制备方法
CN108630351A (zh) * 2018-03-30 2018-10-09 华南师范大学 一种低成本柔性绿色可降解金属网络透明导电电极的方法
CN110570990A (zh) * 2019-08-24 2019-12-13 泉州柔丝蓝新材料科技有限公司 一种柔性透明导电膜制造装置
CN110600194A (zh) * 2019-08-24 2019-12-20 泉州柔丝蓝新材料科技有限公司 一种柔性透明导电膜制备工艺
CN112927862A (zh) * 2021-01-26 2021-06-08 青岛理工大学 一种高性能大面积柔性透明电极及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
肖宗湖 等: "《裂纹模板法制备的金属网删透明导电薄膜光电性能》", 《新余学院学报》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114171257A (zh) * 2021-12-13 2022-03-11 西安交通大学 一种柔性透明电极及其制备方法
CN114737153A (zh) * 2022-03-22 2022-07-12 洛阳理工学院 一种钛酸锶/金/二氧化硅结构柔性透明电极及其制备方法
CN114737153B (zh) * 2022-03-22 2023-07-18 洛阳理工学院 一种钛酸锶/金/二氧化硅结构柔性透明电极及其制备方法
CN114709027A (zh) * 2022-04-02 2022-07-05 中山大学 一种金属网格透明导电薄膜及其制备方法和应用
CN114843036A (zh) * 2022-05-23 2022-08-02 中国人民解放军国防科技大学 一种基于溶液蒸发的裂纹模板制备方法及金属网格导电薄膜制备方法
CN114843035A (zh) * 2022-05-23 2022-08-02 中国人民解放军国防科技大学 基于逆向提拉法的曲面裂纹模板制备方法及金属网格导电薄膜制备方法
CN114843036B (zh) * 2022-05-23 2023-08-15 中国人民解放军国防科技大学 一种基于溶液蒸发的裂纹模板制备方法及金属网格导电薄膜制备方法
CN115818979A (zh) * 2022-12-19 2023-03-21 深圳市志凌伟业光电有限公司 一种环保、经济的方法制备金属网格透明电极

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113744916A (zh) 一种透明导电薄膜及其制备方法
WO2020233160A1 (zh) 一种嵌入式金属网格柔性透明电极的制造方法及其应用
Tokuno et al. Fabrication of silver nanowire transparent electrodes at room temperature
Jiu et al. High-intensity pulse light sintering of silver nanowire transparent films on polymer substrates: the effect of the thermal properties of substrates on the performance of silver films
CN104882223B (zh) 氧化石墨烯/银纳米线复合透明导电薄膜及其制备方法
CN106159040B (zh) 一种全湿法制备柔性金属网络透明电极的方法
Yi et al. Flexible silver-mesh electrodes with moth-eye nanostructures for transmittance enhancement by double-sided roll-to-roll nanoimprint lithography
CN109686500B (zh) 银纳米线-uv固化树脂复合透明导电薄膜的制备方法
Huang et al. A highly stretchable and fatigue‐free transparent electrode based on an in‐plane buckled au nanotrough network
CN107316708A (zh) 银纳米线‑可剥离树脂复合透明导电薄膜的制备方法
CN109940278B (zh) 采用飞秒激光制作钙钛矿结晶图案化电路微结构的方法
CN107610814B (zh) 一种基于超薄金属网格的透明电极及其制备方法
Kinner et al. Gentle plasma process for embedded silver-nanowire flexible transparent electrodes on temperature-sensitive polymer substrates
Huang et al. Novel hybrid electrode using transparent conductive oxide and silver nanoparticle mesh for silicon solar cell applications
CN108877995A (zh) 一种柔性多孔结构透明导电电极及其制备方法
CN114038623A (zh) 一种银纳米线-生物材料复合透明导电薄膜及其制备方法与应用
CN214012530U (zh) 一种导电结构及电子设备
CN108766627A (zh) 一种银纳米网格柔性透明电极及其制备方法
KR101079664B1 (ko) 탄소나노튜브 박막 후처리 공정
CN112768116A (zh) 一种低表面粗糙度的柔性透明导电电极制备方法
CN109979642B (zh) 导电薄膜及其制备方法和应用
Dong et al. Bioinspired High‐Adhesion Metallic Networks as Flexible Transparent Conductors
CN108654966B (zh) 透明导电复合薄膜及其制备方法
Zhu et al. A stretchable conductor based on spray-coated micro/nano scale Ag flakes with ultralow resistance for wearable antennas
Cao et al. A general strategy for high performance stretchable conductors based on carbon nanotubes and silver nanowires

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20211203

RJ01 Rejection of invention patent application after publication