CN114927285B - 一种柔性透明薄膜电极及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种柔性透明薄膜电极及其制备方法，具体步骤如下：将导电纳米线材料有机溶剂分散液涂布到预热过的衬底上并干燥；将导电聚合物和DMSO、表面活性剂TritonX‑100物理共混，静置后和导电纳米线分散液物理共混并加入去离子水稀释，以喷涂的方式将其附着于涂有导电纳米线材料的衬底上并干燥；将柔性基底材料注入模具，然后将处理后的衬底附着导电材料面与基底材料贴合，抽真空，采用高热导率压印板压印后剥离衬底，得到柔性透明薄膜电极。该电极通过喷涂工艺，利用雾化溶液和毛细管作用形成导电纳米线/导电聚合物“核‑壳”结构，制备过程简单，材料利用率高，具有优异的导电性、透光性、柔韧性和化学稳定性，可以进行大面积制备，适合工业化推广。
Description
技术领域
本发明涉及光电材料技术领域，具体涉及一种柔性透明薄膜电极及其制备方法。
背景技术
在过去二十年里，随着柔性光电器件的出现，使可穿戴消费电子产品成为现实，因而受到科研界与产业界的广泛关注。透明电极作为柔性光电器件的重要组成部分，对光电器件的性能有着决定性影响。目前，应用的最广泛的透明电极是掺锡的氧化铟（ITO），但是ITO质地脆、柔性差，制备工艺复杂、成本高，很难满足多元化的柔性电子需求。
金属纳米线电极显示出了优异的导电性和透光性，克服了传统ITO电极的多种缺点，是非常理想的取代ITO电极的方案。目前的柔性透明薄膜电极多采取直接涂覆金属纳米线的方法，纳米线结点间的结电阻较大，为了降低结电阻，采用焊接法对纳米线结点进行焊接是降低结电阻、提高电极性能的一项重要举措。焊接的类型包括热机械焊接、烧结和化学焊接等。热机械焊接是对纳米线施加一定的外力，使纳米线结点在外力作用下被抑制并焊接。这种方法虽然可以通过物理压力和加热来降低结电阻，但会对纳米线的结构产生破坏，造成纳米线的断裂和基底的变形。烧结是一种仅通过热量焊接纳米线结节的方法，可以很好的避免外力造成的损坏，但是由于金属易氧化的特性，烧结纳米线很容易造成纳米线的氧化，影响电极导电性能。化学焊接的方式会因引入新的活性材料而导致后处理过程复杂等问题。目前的结点焊接方法在制备过程中均存在粗糙度高、易氧化、难以大面积生产等难以避免的问题，这成为其推广过程中亟待解决的问题。
发明内容
解决的技术问题：针对现有技术中结点焊接方法在制备过程中存在粗糙度高、易氧化、难以大面积生产等缺陷，现有柔性透明薄膜电极制备过程中粗糙度高、易氧化、难以大面积生产等技术问题，本发明提供一种柔性透明薄膜电极及其制备方法，通过在导电纳米线溶液中引入微量导电聚合物溶液，配制一种导电纳米线&导电聚合物混合溶液，通过喷涂工艺，利用雾化溶液和毛细管作用形成导电纳米线/导电聚合物“核-壳”结构，提高了导电纳米线的抗氧化能力和拉伸性能，同时对纳米线结点进行焊接，降低结电阻。
技术方案：一种柔性透明薄膜电极的制备方法，步骤如下：
步骤一.将导电纳米线材料有机溶剂分散液涂布到预热过的衬底上并干燥；
步骤二.在导电聚合物溶液中加入5vol%的DMSO和2vol%的表面活性剂TritonX-100形成导电聚合物混合溶液，超声处理后和导电纳米线分散液物理共混并加入去离子水稀释，以喷涂方式将其附着于步骤一得到的涂有导电纳米线材料的衬底上并干燥；
步骤三. 将柔性基底材料注入模具，然后将步骤二处理后的衬底附着导电材料面与基底材料贴合，抽真空，采用高热导率压印板压印后剥离衬底，得到柔性透明薄膜电极。
作为优选，所述步骤一中衬底为玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚四氟乙烯（PTFE）或硅片。
作为优选，所述步骤一中导电纳米线为金纳米线、银纳米线、铜纳米线、金-银复合纳米线、金-铜复合纳米线、碳纳米管和石墨烯中的至少一种，有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇或二氯甲烷，导电纳米线材料有机溶剂分散液的浓度为0.5~4 mg/mL。
作为优选，所述步骤二中导电纳米线分散液、导电聚合物混合溶液和去离子水的比值为1:0.1:6~1:1.2:6。
作为优选，所述步骤二导电聚合物为聚乙炔（PA）、聚苯胺（PAN）、聚吡咯（PPy）、聚噻吩（PTh）、聚环氧乙烷（PEO）、聚环氧丙烷（PPO）和聚(3,4-乙烯-二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)（PEDOT:PSS）中的至少一种。
作为优选，所述步骤三中柔性基底为聚乙烯醇(PVA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯丙烯酸酯(PUA)和氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)中的至少一种。
作为优选，所述步骤一中涂布方式为旋涂、刮刀涂布、狭缝涂布、喷涂或喷墨打印。
作为优选，所述步骤二中喷涂时喷涂角度为45~ 90°，喷涂距离为5~ 25 cm，喷嘴孔径为0.2~ 0.5 mm，喷涂速度为3 ~ 5 mL/min。
作为优选，所述压印板为铝板、铜板或碳纤维板，压印板厚度为0.5 ~ 2 cm，压印板面积与衬底面积比为(4~16): 1；压印温度为60~80℃，时间为60~90min。
上述制备方法制备的一种柔性透明薄膜电极。
本发明提出一种多层导电材料交联嵌入式结构，具体结构为：导电纳米线/导电纳米线&导电聚合物混合溶液/柔性基底，通过涂布导电纳米线分散液、喷涂导电纳米线&导电聚合物混合溶液、最后通过热压转印至柔性基底上形成柔性透明薄膜电极。该电极通过喷涂工艺，利用雾化溶液和毛细管作用形成导电纳米线/导电聚合物“核-壳”结构，电极结构为I：
I
其中，D为柔性基底，B为导电纳米线，C为导电纳米线&导电聚合物混合体。
有益效果：（1）本发明提供的电极制备过程简单，材料利用率高，绿色环保成本低，通过调节混合溶液浓度和喷涂参数进行喷涂，可以实现电极不同的光电性能，合适的浓度和喷涂参数可以使得电极具有较低的方阻、较高的光学透过率和优异的抗氧化能力；目前现有的透明电极制备方法，以银纳米线电极为例，通过旋涂或刮涂银纳米线溶液等方法制备的电极方阻约为 50~ 100 Ω/sq，透光率为90%，本方法制备的电极方阻约为20 Ω/sq，透光率均高于90%。
（2）本发明所述电极制备过程中采用的压印技术可以完整、无残留的将刚性基底上的电极转印到柔性可拉伸基底，所制得的柔性透明薄膜电极表面粗糙度低，薄膜平整，具有较好的柔韧性和拉伸性，具有广泛的应用前景。
（3）本发明提供的电极的制备方法可以采用刮涂等印刷方式进行大面积制备，适于工业化大规模生产。
附图说明
图1为本发明柔性透明薄膜电极喷涂前后电极弯折-方阻变化曲线；
图2为本发明柔性透明薄膜电极喷涂前后电极应变-方阻变化曲线；
图3为本发明柔性透明薄膜电极喷涂前后电极抗氧化能力测试；
图4为本发明柔性透明薄膜电极扫描电镜图像；
图5为本发明柔性透明薄膜电极原子力显微镜图像；
图6为本发明柔性透明薄膜电极制备中热压印工艺图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例以本发明的技术为基础实施，给出了详细的实施方式和操作步骤，但本发明的保护范围不限于以下实施例。
实施例1
本实施例中一种柔性透明薄膜电极的制备方法，所述衬底为PET基底，所述导电聚合物溶液为PEDOT:PSS溶液（pH1000），所采用的PEDOT:PSS溶液（pH1000）为Heraeus公司的Clevios™ PEDOT/PSS。具体步骤如下：
（1）将2 mg银纳米线加入1 mL异丙醇溶液，搅拌均匀，配制成2 mg/mL银纳米线分散液；
（2）在干净的PET基底上刮涂（1）中制备的银纳米线分散液，刮刀高度为100 um，刮涂速度为20 mm/s，刮涂机温度为80℃；
（3）采用0.22 um孔径的水系PES针头滤器对PEDOT:PSS溶液（pH1000）进行过滤，以除去较大粒径的PEDOT。在过滤后的PEDOT:PSS溶液中加入体积比为5vol%的DMSO和2vol%的表面活性剂。超声处理3 min，得到均匀的PEDOT:PSS混合溶液；将（1）中制备的银纳米线分散液、PEDOT:PSS混合溶液、去离子水按照1：0.4：6的比例混合，搅拌均匀；
（4）采用喷涂枪将（3）中混合溶液均匀喷涂至（2）制得的导电薄膜上，喷涂角度60°，喷涂距离为15 cm，喷嘴孔径为0.25 mm，喷涂速度为4 mL/min；
（5）将PDMS溶液与固化剂按照10：1的体积比进行混合，加入磁子搅拌60 min，倒入压印模具中，将（4）处理后的衬底附着材料面与PDMS材料贴合，抽真空，于热台上用高热导率压印板进行压印处理，压印板厚度为1 cm，压印板面积与衬底面积比为8: 1；压印温度为60℃，压印时间为90 min；压印方法可参见图6；
（6）将压印之后的衬底剥离，得到柔性透明薄膜电极。所制备电极方阻为19.5 Ω/sq，透光率为91.4%，电极完整且未发生断裂。
（7）对电极进行了形貌表征（可参见图4、图5），可以看到喷涂之后电极表面纳米线分布均匀，形成了较为明显的导电纳米线/导电聚合物“核-壳”结构。
实施例2
同实施例1，区别在于，所述步骤（4）中喷涂速度为3 mL/min。
具体步骤如下：
（1）将2 mg银纳米线加入1 mL异丙醇溶液，搅拌均匀，配制成2 mg/mL银纳米线分散液；
（2）在干净的PET基底上刮涂（1）中制备的银纳米线分散液，刮刀高度为100 um，刮涂速度为20 mm/s，刮涂机温度为80℃；
（3）采用0.22 um孔径的水系PES针头滤器对PEDOT:PSS溶液（pH1000）进行过滤，以除去较大粒径的PEDOT。在过滤后的PEDOT:PSS溶液中加入体积比为5vol%的DMSO和2vol%的表面活性剂。超声处理3 min，得到均匀的PEDOT:PSS混合溶液；将（1）中制备的银纳米线分散液、PEDOT:PSS混合溶液、去离子水按照1：0.4：6的比例混合，搅拌均匀；
（4）采用喷涂枪将（3）中混合溶液均匀喷涂至（2）制得的导电薄膜上，喷涂角度为60°，喷涂距离为15 cm，喷嘴孔径为0.25 mm，喷涂速度为3 mL/min；
（5）将PDMS溶液与固化剂按照10：1的体积比进行混合，加入磁子搅拌60 min，倒入压印模具中，将（4）处理后的衬底附着材料面与PDMS材料贴合，抽真空，于热台上用高热导率压印板进行压印处理，压印板厚度为1 cm，压印板面积与衬底面积比为8: 1；压印温度为60℃，压印时间为90 min；
（6）将压印之后的衬底剥离，得到柔性透明薄膜电极。所制备电极方阻为37.4 Ω/sq，透光率为91.6%，电极完整且未发生断裂。
实施例3
同实施例1，区别在于，所述步骤（4）中喷涂速度为5 mL/min。
具体步骤如下：
（1）将2 mg银纳米线加入1 mL异丙醇溶液，搅拌均匀，配制成2 mg/mL银纳米线分散液；
（2）在干净的PET基底上刮涂（1）中制备的银纳米线分散液，刮刀高度为100 um，刮涂速度为20 mm/s，刮涂机温度为80℃；
（3）采用0.22 um孔径的水系PES针头滤器对PEDOT:PSS溶液（pH1000）进行过滤，以除去较大粒径的PEDOT。在过滤后的PEDOT:PSS溶液中加入体积比为5vol%的DMSO和2vol%的表面活性剂。超声处理3 min，得到均匀的PEDOT:PSS混合溶液；将（1）中制备的银纳米线分散液、PEDOT:PSS混合溶液、去离子水按照1：0.4：6的比例混合，搅拌均匀；
（4）采用喷涂枪将（3）中混合溶液均匀喷涂至（2）制得的导电薄膜上，喷涂角度为60°，喷涂距离为15 cm，喷嘴孔径为0.25 mm，喷涂速度为5 mL/min；
（5）将PDMS溶液与固化剂按照10：1的体积比进行混合，加入磁子搅拌60 min，倒入压印模具中，将（4）处理后的衬底附着材料面与PDMS材料贴合，抽真空，于热台上用高热导率压印板进行压印处理，压印板厚度为1 cm，压印板面积与衬底面积比为8: 1；压印温度为60℃，压印时间为90 min；
（6）将压印之后的衬底剥离，得到柔性透明薄膜电极。所制备电极方阻为21.1 Ω/sq，透光率为90.7%，电极完整且未发生断裂。
实施例4
同实施例1，区别在于：所述步骤（5）中压印时间为60 min。
具体步骤如下：
（1）将2 mg银纳米线加入1 mL异丙醇溶液，搅拌均匀，配制成2 mg/mL银纳米线分散液；
（2）在干净的PET基底上刮涂（1）中制备的银纳米线分散液，刮刀高度为100 um，刮涂速度为20 mm/s，刮涂机温度为80℃；
（3）采用0.22 um孔径的水系PES针头滤器对PEDOT:PSS溶液（pH1000）进行过滤，以除去较大粒径的PEDOT。在过滤后的PEDOT:PSS溶液中加入体积比为5vol%的DMSO和2vol%的表面活性剂。超声处理3 min，得到均匀的PEDOT:PSS混合溶液；将（1）中制备的银纳米线分散液、PEDOT:PSS混合溶液、去离子水按照1：0.4：6的比例混合，搅拌均匀；
（4）采用喷涂枪将（3）中混合溶液均匀喷涂至（2）制得的导电薄膜上，喷涂角度为60°，喷涂距离为15 cm，喷嘴孔径为0.25 mm，喷涂速度为3 mL/min；
（5）将PDMS溶液与固化剂按照10：1的体积比进行混合，加入磁子搅拌60 min，倒入压印模具中，将（4）处理后的衬底附着材料面与PDMS材料贴合，抽真空，于热台上用高热导率压印板进行压印处理，压印板厚度为1 cm，压印板面积与衬底面积比为8: 1；压印温度为60℃，压印时间为60 min；
（6）将压印之后的衬底剥离，得到柔性透明薄膜电极。所制备电极方阻为20.6 Ω/sq，透光率为90.7%，电极完整且未发生断裂。
实施例5
同实施例1，区别在于，所述步骤（5）中压印温度为80℃。
具体步骤如下：
（1）将2 mg银纳米线加入1 mL异丙醇溶液，搅拌均匀，配制成2 mg/mL银纳米线分散液；
（2）在干净的PET基底上刮涂（1）中制备的银纳米线分散液，刮刀高度为100 um，刮涂速度为20 mm/s，刮涂机温度为80℃；
（3）采用0.22 um孔径的水系PES针头滤器对PEDOT:PSS溶液（pH1000）进行过滤，以除去较大粒径的PEDOT。在过滤后的PEDOT:PSS溶液中加入体积比为5vol%的DMSO和2vol%的表面活性剂。超声处理3 min，得到均匀的PEDOT:PSS混合溶液；将（1）中制备的银纳米线分散液、PEDOT:PSS混合溶液、去离子水按照1：0.4：6的比例混合，搅拌均匀；
（4）采用喷涂枪将（3）中混合溶液均匀喷涂至（2）制得的导电薄膜上，喷涂角度为60°，喷涂距离为15 cm，喷嘴孔径为0.25 mm，喷涂速度为3 mL/min；
（5）将PDMS溶液与固化剂按照10：1的体积比进行混合，加入磁子搅拌60 min，倒入压印模具中，将（4）处理后的衬底附着材料面与PDMS材料贴合，抽真空，于热台上用高热导率压印板进行压印处理，压印板厚度为1 cm，压印板面积与衬底面积比为8: 1；压印温度为80℃，压印时间为90 min；
（6）将压印之后的衬底剥离，得到柔性透明薄膜电极。所制备电极方阻为20.7 Ω/sq，透光率为91.0%，电极完整且未发生断裂。
实施例6
同实施例5，区别在于，所述步骤（5）中压印时间为60 min。
具体步骤如下：
（1）将2 mg银纳米线加入1 mL异丙醇溶液，搅拌均匀，配制成2 mg/mL银纳米线分散液；
（2）在干净的PET基底上刮涂（1）中制备的银纳米线分散液，刮刀高度为100 um，刮涂速度为20 mm/s，刮涂机温度为80℃；
（3）采用0.22 um孔径的水系PES针头滤器对PEDOT:PSS溶液（pH1000）进行过滤，以除去较大粒径的PEDOT。在过滤后的PEDOT:PSS溶液中加入体积比为5vol%的DMSO和2vol%的表面活性剂。超声处理3 min，得到均匀的PEDOT:PSS混合溶液；将（1）中制备的银纳米线分散液、PEDOT:PSS混合溶液、去离子水按照1：0.4：6的比例混合，搅拌均匀；
（4）采用喷涂枪将（3）中混合溶液均匀喷涂至（2）制得的导电薄膜上，喷涂角度为60°，喷涂距离为15 cm，喷嘴孔径为0.25 mm，喷涂速度为3 mL/min；
（5）将PDMS溶液与固化剂按照10：1的体积比进行混合，加入磁子搅拌60 min，倒入压印模具中，将（4）处理后的衬底附着材料面与PDMS材料贴合，抽真空，于热台上用高热导率压印板进行压印处理，压印板厚度为1 cm，压印板面积与衬底面积比为8: 1；压印温度为80℃，压印时间为60 min；
（6）将压印之后的衬底剥离，得到柔性透明薄膜电极。所制备电极方阻为21.3 Ω/sq，透光率为91.1%，电极完整且未发生断裂。
实施例7
同实施例2，区别在于，所述步骤（5）中压印温度为40℃。
具体步骤如下：
（1）将2 mg银纳米线加入1 mL异丙醇溶液，搅拌均匀，配制成2 mg/mL银纳米线分散液；
（2）在干净的PET基底上刮涂（1）中制备的银纳米线分散液，刮刀高度为100 um，刮涂速度为20 mm/s，刮涂机温度为80℃；
（3）采用0.22 um孔径的水系PES针头滤器对PEDOT:PSS溶液（pH1000）进行过滤，以除去较大粒径的PEDOT。在过滤后的PEDOT:PSS溶液中加入体积比为5vol%的DMSO和2vol%的表面活性剂。超声处理3 min，得到均匀的PEDOT:PSS混合溶液；将（1）中制备的银纳米线分散液、PEDOT:PSS混合溶液、去离子水按照1：0.4：6的比例混合，搅拌均匀；
（4）采用喷涂枪将（3）中混合溶液均匀喷涂至（2）制得的导电薄膜上，喷涂角度为60°，喷涂距离为15 cm，喷嘴孔径为0.25 mm，喷涂速度为3 mL/min；
（5）将PDMS溶液与固化剂按照10：1的体积比进行混合，加入磁子搅拌60 min，倒入压印模具中，将（4）处理后的衬底附着材料面与PDMS材料贴合，抽真空，于热台上用高热导率压印板进行压印处理，压印板厚度为1 cm，压印板面积与衬底面积比为8: 1；压印温度为40℃，压印时间为90 min；
（6）将压印之后的衬底剥离，得到柔性透明薄膜电极。电极发生断裂、错位，未能完整剥离。
实施例8
同实施例1，区别在于，所述步骤（5）中将2 mg SEBS与10 mL甲苯溶液进行混合，倒入压印模具中，将（4）处理后的衬底附着材料面与PDMS材料贴合，抽真空，于热台上用高热导率压印板进行压印处理，压印板厚度为1 cm，压印板面积与衬底面积比为8: 1；压印温度为60℃，压印时间为90 min。
具体步骤如下：
（1）将2 mg银纳米线加入1 mL异丙醇溶液，搅拌均匀，配制成2 mg/mL银纳米线分散液；
（2）在干净的PET基底上刮涂（1）中制备的银纳米线分散液，刮刀高度为100 um，刮涂速度为20 mm/s，刮涂机温度为80℃；
（3）采用0.22 um孔径的水系PES针头滤器对PEDOT:PSS溶液（pH1000）进行过滤，以除去较大粒径的PEDOT。在过滤后的PEDOT:PSS溶液中加入体积比为5vol%的DMSO和2vol%的表面活性剂。超声处理3 min，得到均匀的PEDOT:PSS混合溶液；将（1）中制备的银纳米线分散液、PEDOT:PSS混合溶液、去离子水按照1：0.4：6的比例混合，搅拌均匀；
（4）采用喷涂枪将（3）中混合溶液均匀喷涂至（2）制得的导电薄膜上，喷涂角度为60°，喷涂距离为15 cm，喷嘴孔径为0.25 mm，喷涂速度为4 mL/min；
（5）将2 mg SEBS与10 mL甲苯溶液进行混合，倒入压印模具中，将（4）处理后的衬底附着材料面与PDMS材料贴合，抽真空，于热台上用高热导率压印板进行压印处理，压印板厚度为1 cm，压印板面积与衬底面积比为8: 1；压印温度为60℃，压印时间为90 min；
（6）将压印之后的衬底剥离，得到柔性透明薄膜电极。所制备电极方阻为21.8 Ω/sq，透光率为91.7%，电极完整且未发生断裂。
实施例9
同实施例1，区别在于，所述步骤（1）中将0.5 mg银纳米线加入1 mL异丙醇溶液，搅拌均匀，配制成0.5 mg/mL银纳米线分散液。
（1）将0.5 mg银纳米线加入1 mL异丙醇溶液，搅拌均匀，配制成0.5 mg/mL银纳米线分散液；
（1）在干净的PET基底上刮涂（1）中制备的银纳米线分散液，刮涂速度为20 mm/s，刮涂机温度为80℃；
（2）采用0.22 um孔径的水系PES针头滤器对PEDOT:PSS溶液（pH1000）进行过滤，以除去较大粒径的PEDOT。在过滤后的PEDOT:PSS溶液中加入体积比为5vol%的DMSO和2vol%的表面活性剂。超声处理3 min，得到均匀的PEDOT:PSS混合溶液；将（1）中制备的银纳米线分散液、PEDOT:PSS混合溶液、去离子水按照1：0.4：6的比例混合，搅拌均匀；
（3）采用喷涂枪将（3）中混合溶液均匀喷涂至（2）制得的导电薄膜上，喷涂角度60°，喷涂距离为15 cm，喷嘴孔径为0.25 mm，喷涂速度为4 mL/min；
（4）将PDMS溶液与固化剂按照10：1的体积比进行混合，加入磁子搅拌60 min，倒入压印模具中，将（4）处理后的衬底附着材料面与PDMS材料贴合，抽真空，于热台上用高热导率压印板进行压印处理，压印板厚度为1 cm，压印板面积与衬底面积比为8: 1；压印温度为60℃，压印时间为90 min；
（5）将压印之后的衬底剥离，得到柔性透明薄膜电极。所制备电极方阻为21.4 Ω/sq，透光率为90.7%，电极完整且未发生断裂。
实施例10
同实施例1，区别在于，所述步骤（1）中将4 mg银纳米线加入1 mL异丙醇溶液，搅拌均匀，配制成0.5 mg/mL银纳米线分散液。
（1）将4 mg银纳米线加入1 mL异丙醇溶液，搅拌均匀，配制成4 mg/mL银纳米线分散液；
（2）在干净的PET基底上刮涂（1）中制备的银纳米线分散液，刮涂速度为20 mm/s，刮涂机温度为80℃；
（2）采用0.22 um孔径的水系PES针头滤器对PEDOT:PSS溶液（pH1000）进行过滤，以除去较大粒径的PEDOT。在过滤后的PEDOT:PSS溶液中加入体积比为5vol%的DMSO和2vol%的表面活性剂。超声处理3 min，得到均匀的PEDOT:PSS混合溶液；将（1）中制备的银纳米线分散液、PEDOT:PSS混合溶液、去离子水按照1：0.4：6的比例混合，搅拌均匀；
（3）采用喷涂枪将（3）中混合溶液均匀喷涂至（2）制得的导电薄膜上，喷涂角度60°，喷涂距离为15 cm，喷嘴孔径为0.25 mm，喷涂速度为4 mL/min；
（4）将PDMS溶液与固化剂按照10：1的体积比进行混合，加入磁子搅拌60 min，倒入压印模具中，将（4）处理后的衬底附着材料面与PDMS材料贴合，抽真空，于热台上用高热导率压印板进行压印处理，压印板厚度为1 cm，压印板面积与衬底面积比为8: 1；压印温度为60℃，压印时间为90 min；
（5）将压印之后的衬底剥离，得到柔性透明薄膜电极。所制备电极方阻为19.4 Ω/sq，透光率为90.3%，电极完整且未发生断裂。
实施例11
同实施例1，区别在于，所述步骤（4）中采用刮刀涂布工艺。
具体步骤如下：
（1）将2 mg银纳米线加入1 mL异丙醇溶液，搅拌均匀，配制成2 mg/mL银纳米线分散液；
（2）在干净的PET基底上刮涂（1）中制备的银纳米线分散液，刮涂速度为20 mm/s，刮涂机温度为80℃；
（3）采用0.22 um孔径的水系PES针头滤器对PEDOT:PSS溶液（pH1000）进行过滤，以除去较大粒径的PEDOT。在过滤后的PEDOT:PSS溶液中加入体积比为5vol%的DMSO和2vol%的表面活性剂。超声处理3 min，得到均匀的PEDOT:PSS混合溶液；将（1）中制备的银纳米线分散液、PEDOT:PSS混合溶液、去离子水按照1：0.4：6的比例混合，搅拌均匀；
（4）将（3）中混合溶液均匀刮涂至（2）制得的导电薄膜上，刮涂速度为20 mm/s，刮涂机温度为80℃；
（5）将PDMS溶液与固化剂按照10：1的体积比进行混合，加入磁子搅拌60 min，倒入压印模具中，将（4）处理后的衬底附着材料面与PDMS材料贴合，抽真空，于热台上用高热导率压印板进行压印处理，压印板厚度为1 cm，压印板面积与衬底面积比为8: 1；压印温度为60℃，压印时间为90 min；
（6）将压印之后的衬底剥离，得到柔性透明薄膜电极。所制备电极方阻为31.4 Ω/sq，透光率为89.6%，电极完整且未发生断裂。
实施例12
同实施例1，区别在于，所述步骤（4）中采用旋涂工艺。
具体步骤如下：
（1）将2 mg银纳米线加入1 mL异丙醇溶液，搅拌均匀，配制成2 mg/mL银纳米线分散液；
（2）在干净的PET基底上刮涂（1）中制备的银纳米线分散液，刮涂速度为20 mm/s，刮涂机温度为80℃；
（3）采用0.22 um孔径的水系PES针头滤器对PEDOT:PSS溶液（pH1000）进行过滤，以除去较大粒径的PEDOT。在过滤后的PEDOT:PSS溶液中加入体积比为5vol%的DMSO和2vol%的表面活性剂。超声处理3 min，得到均匀的PEDOT:PSS混合溶液；将（1）中制备的银纳米线分散液、PEDOT:PSS混合溶液、去离子水按照1：0.4：6的比例混合，搅拌均匀；
（4）将（3）中混合溶液均匀旋涂至（2）制得的导电薄膜上，旋涂速度为2000 rpm，旋涂时间为20 s；
（5）将PDMS溶液与固化剂按照10：1的体积比进行混合，加入磁子搅拌60 min，倒入压印模具中，将（4）处理后的衬底附着材料面与PDMS材料贴合，抽真空，于热台上用高热导率压印板进行压印处理，压印板厚度为1 cm，压印板面积与衬底面积比为8: 1；压印温度为60℃，压印时间为90 min；
（6）将压印之后的衬底剥离，得到柔性透明薄膜电极。所制备电极方阻为33.3 Ω/sq，透光率为88.9%，电极完整且未发生断裂。
实施例13
同实施例1，区别在于，未采用步骤（3）（4）。
具体步骤如下：
（1）将2 mg银纳米线加入1 mL异丙醇溶液，搅拌均匀，配制成2 mg/mL银纳米线分散液；
（2）在干净的PET基底上刮涂（1）中制备的银纳米线分散液，刮涂速度为20 mm/s，刮涂机温度为80℃；
（3）将PDMS溶液与固化剂按照10：1的体积比进行混合，加入磁子搅拌60 min，倒入压印模具中，将（4）处理后的衬底附着材料面与PDMS材料贴合，抽真空，于热台上用高热导率压印板进行压印处理，压印板厚度为1 cm，压印板面积与衬底面积比为8: 1；压印温度为60℃，压印时间为90 min；
（4）将压印之后的衬底剥离，得到柔性透明薄膜电极。所制备电极方阻为58.9 Ω/sq，透光率为90.2%，电极完整且未发生断裂。
实施例14
同实施例1，区别在于，所述步骤（3）中将银纳米线分散液、PEDOT:PSS混合溶液、去离子水按照1：0.1：6的比例混合，搅拌均匀。
具体步骤如下：
（1）将2 mg银纳米线加入1 mL异丙醇溶液，搅拌均匀，配制成2 mg/mL银纳米线分散液；
（2）在干净的PET基底上刮涂（1）中制备的银纳米线分散液，刮涂速度为20 mm/s，刮涂机温度为80℃；
（3）采用0.22 um孔径的水系PES针头滤器对PEDOT:PSS溶液（pH1000）进行过滤，以除去较大粒径的PEDOT。在过滤后的PEDOT:PSS溶液中加入体积比为5vol%的DMSO和2vol%的表面活性剂。超声处理3 min，得到均匀的PEDOT:PSS混合溶液；将（1）中制备的银纳米线分散液、PEDOT:PSS混合溶液、去离子水按照1：1.2：6的比例混合，搅拌均匀；
（4）采用喷涂枪将（3）中混合溶液均匀喷涂至（2）制得的导电薄膜上，喷涂角度60°，喷涂距离为15 cm，喷嘴孔径为0.25 mm，喷涂速度为4 mL/min；
（5）将PDMS溶液与固化剂按照10：1的体积比进行混合，加入磁子搅拌60 min，倒入压印模具中，将（4）处理后的衬底附着材料面与PDMS材料贴合，抽真空，于热台上用高热导率压印板进行压印处理，压印板厚度为1 cm，压印板面积与衬底面积比为8: 1；压印温度为60℃，压印时间为90 min；
（6）将压印之后的衬底剥离，得到柔性透明薄膜电极。所制备电极方阻为21.3 Ω/sq，透光率为90.2%，电极完整且未发生断裂。
实施例15
同实施例1，区别在于，所述步骤（3）中将银纳米线分散液、PEDOT:PSS混合溶液、去离子水按照1：1.2：6的比例混合，搅拌均匀。
具体步骤如下：
（1）将2 mg银纳米线加入1 mL异丙醇溶液，搅拌均匀，配制成2 mg/mL银纳米线分散液；
（2）在干净的PET基底上刮涂（1）中制备的银纳米线分散液，刮涂速度为20 mm/s，刮涂机温度为80℃；
（3）采用0.22 um孔径的水系PES针头滤器对PEDOT:PSS溶液（pH1000）进行过滤，以除去较大粒径的PEDOT。在过滤后的PEDOT:PSS溶液中加入体积比为5vol%的DMSO和2vol%的表面活性剂。超声处理3 min，得到均匀的PEDOT:PSS混合溶液；将（1）中制备的银纳米线分散液、PEDOT:PSS混合溶液、去离子水按照1：1.2：6的比例混合，搅拌均匀；
（4）采用喷涂枪将（3）中混合溶液均匀喷涂至（2）制得的导电薄膜上，喷涂角度60°，喷涂距离为15 cm，喷嘴孔径为0.25 mm，喷涂速度为4 mL/min；
（5）将PDMS溶液与固化剂按照10：1的体积比进行混合，加入磁子搅拌60 min，倒入压印模具中，将（4）处理后的衬底附着材料面与PDMS材料贴合，抽真空，于热台上用高热导率压印板进行压印处理，压印板厚度为1 cm，压印板面积与衬底面积比为8: 1；压印温度为60℃，压印时间为90 min；
（6）将压印之后的衬底剥离，得到柔性透明薄膜电极。所制备电极方阻为20.3 Ω/sq，透光率为90.2%，电极完整且未发生断裂。
实施例16
同实施例1，区别在于，所述步骤（3）中将银纳米线分散液、PEDOT:PSS混合溶液、去离子水按照1：3：6的比例混合，搅拌均匀。
具体步骤如下：
（7）将2 mg银纳米线加入1 mL异丙醇溶液，搅拌均匀，配制成2 mg/mL银纳米线分散液；
（8）在干净的PET基底上刮涂（1）中制备的银纳米线分散液，刮涂速度为20 mm/s，刮涂机温度为80℃；
（9）采用0.22 um孔径的水系PES针头滤器对PEDOT:PSS溶液（pH1000）进行过滤，以除去较大粒径的PEDOT。在过滤后的PEDOT:PSS溶液中加入体积比为5vol%的DMSO和2vol%的表面活性剂。超声处理3 min，得到均匀的PEDOT:PSS混合溶液；将（1）中制备的银纳米线分散液、PEDOT:PSS混合溶液、去离子水按照1：1.2：6的比例混合，搅拌均匀；
（10）采用喷涂枪将（3）中混合溶液均匀喷涂至（2）制得的导电薄膜上，喷涂角度60°，喷涂距离为15 cm，喷嘴孔径为0.25 mm，喷涂速度为4 mL/min；
（11）将PDMS溶液与固化剂按照10：1的体积比进行混合，加入磁子搅拌60 min，倒入压印模具中，将（4）处理后的衬底附着材料面与PDMS材料贴合，抽真空，于热台上用高热导率压印板进行压印处理，压印板厚度为1 cm，压印板面积与衬底面积比为8: 1；压印温度为60℃，压印时间为90 min；
（12）将压印之后的衬底剥离，得到柔性透明薄膜电极。所制备电极方阻为49.3Ω/sq，透光率为87.2%，电极完整且未发生断裂。
实施例17
柔性薄膜透明电极的抗弯折性能表征：
本实施例为了证明本发明相较于ITO电极以及纯银纳米线柔性透明电极的关于抗弯折性能的优势，对比探究了三者之间的抗弯折性能（可参见图1）。对比三种电极在不同弯折次数下的方阻差值比，本发明的柔性薄膜电极（实验中采用的柔性薄膜电极为实施例1所制备）的抗弯折能力为最优。
实施例18
柔性薄膜透明电极的力学拉伸性能表征：
本实施例为了证明本发明相较于未采用喷涂导电聚合物/导电纳米线混合溶液电极的关于力学拉伸性的优势，对比探究了二者之间方阻随拉伸应变程度的变化情况（可参见图2）。对比两种电极在不同拉伸应变下的方阻变化情况，本发明的柔性薄膜电极（实验中采用的柔性薄膜电极为实施例1所制备）的力学拉伸性能为最优。
实施例19
柔性薄膜透明电极的抗氧化性能表征：
本实施例为了证明本发明相较于未采用喷涂导电聚合物/导电纳米线混合溶液电极的关于抗氧化能力的优势，对比探究了二者之间方阻随测试天数的变化情况（可参见图3）。对比两种电极在14天内的方阻变化情况，本发明的柔性薄膜电极（实验中采用的柔性薄膜电极为实施例1所制备）的抗氧化能力为最优。
Claims (9)
1.一种柔性透明薄膜电极的制备方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一.将导电纳米线材料有机溶剂分散液涂布到预热过的衬底上并干燥；
步骤二.在导电聚合物溶液中加入5vol%的DMSO和2vol%的表面活性剂TritonX-100形成导电聚合物混合溶液，超声处理后和导电纳米线分散液物理共混并加入去离子水稀释，以喷涂方式将其附着于步骤一得到的涂有导电纳米线材料的衬底上并干燥；
步骤三. 将柔性基底材料注入模具，然后将步骤二处理后的衬底附着导电材料面与基底材料贴合，抽真空，采用高热导率压印板压印后剥离衬底，得到柔性透明薄膜电极；
所述步骤二中导电纳米线分散液、导电聚合物混合溶液和去离子水的比值为1:0.1:6-1:1.2:6。
2.根据权利要求1所述的一种柔性透明薄膜电极的制备方法，其特征在于，所述步骤一中衬底为玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯或硅片。
3.根据权利要求1所述的一种柔性透明薄膜电极的制备方法，其特征在于，所述步骤一中导电纳米线为金纳米线、银纳米线、铜纳米线、金-银复合纳米线、金-铜复合纳米线、碳纳米管和石墨烯中的至少一种，有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇或二氯甲烷，导电纳米线材料有机溶剂分散液的浓度为0.5-4mg/mL。
4.根据权利要求1所述的一种柔性透明薄膜电极的制备方法，其特征在于，所述步骤二导电聚合物为聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷和聚(3,4-乙烯-二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种柔性透明薄膜电极的制备方法，其特征在于，所述步骤三中柔性基底为聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯丙烯酸酯和氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种柔性透明薄膜电极的制备方法，其特征在于，所述步骤一中涂布方式为旋涂、刮刀涂布、狭缝涂布、喷涂或喷墨打印。
7.根据权利要求1所述的一种柔性透明薄膜电极的制备方法，其特征在于，所述步骤二中喷涂时喷涂角度为45-90°，喷涂距离为5-25 cm，喷嘴孔径为0.2-0.5 mm，喷涂速度为3-5mL/min。
8.根据权利要求1所述的一种柔性透明薄膜电极的制备方法，其特征在于，所述压印板为铝板、铜板或碳纤维板，压印板厚度为0.5-2 cm，压印板面积与衬底面积比为(4-16):1；压印温度为60-80℃，时间为60-90min。
9.权利要求1所述制备方法制备的一种柔性透明薄膜电极。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210560723.1A CN114927285B (zh) | 2022-05-23 | 一种柔性透明薄膜电极及其制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN104183303A (zh) * | 2014-09-03 | 2014-12-03 | 欧依有机光电子科技有限公司 | 一种稳定的pedot/pss导电层电极及其制备方法 |
| CN109065214A (zh) * | 2018-07-13 | 2018-12-21 | 华南理工大学 | 一种导电均匀银纳米线高附着力的柔性透明导电薄膜的制备方法 |
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| CN109065214A (zh) * | 2018-07-13 | 2018-12-21 | 华南理工大学 | 一种导电均匀银纳米线高附着力的柔性透明导电薄膜的制备方法 |
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