CN209561021U - 透明导电玻璃 - Google Patents
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Abstract
提供一种透明导电玻璃，包括依次层叠的透明玻璃层、金属导电网络层和石墨烯层。本实用新型石墨烯‑金属网络透明导电玻璃的具有良好的稳定性与均匀性。
Description
技术领域
本实用新型属于材料领域，具体涉及一种石墨烯-金属网络透明导电玻璃。
背景技术
透明导电玻璃具有传统玻璃的透明性又兼具良好的导电性，具有极大的市场价值，被广泛用于光电领域，比如液晶显示器，触摸控制屏，智能电致变色玻璃以及太阳能电池等领域。在市售的透明导电玻璃中，氧化铟锡(ITO)导电玻璃以其高透光性，导电率等性能占据了最大的市场份额。其中的金属铟是稀缺元素，自然储量有限，即将消耗殆尽，导致价格上涨迅速，而迅猛发展的平板显示，智能家居等市场将会加剧这一趋势，因此迫切需要寻找一种新型的透明导电材料。
当前ITO的替代材料主要有以下几种：碳纳米管(CNT)、石墨烯、金属网格及金属纳米线(NW)、导电聚合物以及上述材料的复合结构。其中金属网格及金属纳米线具有非常好的导电性与透光性，但是极易被氧化、稳定性差、不耐使用。
实用新型内容
为克服现有技术的不足，制备出性能稳定的透明导电玻璃。
本实用新型提供一种透明导电玻璃，包括依次层叠的透明玻璃层、金属导电网络层和石墨烯层。
根据本实用新型的一实施方式，所述金属导电网络层的厚度是2-300nm。
根据本实用新型的另一实施方式，所述金属导电网络层由铜、镍、银和金中的一种或多种形成。
根据本实用新型的一实施方式，所述金属导电网络层包括金属纳米线层和/金属网格层。
根据本实用新型的一实施方式，所述金属网格层的厚度为10-300nm，线宽为2-6μm，相邻线之间间距为50-200μm。
根据本实用新型的另一实施方式，所述石墨烯层由1-3层石墨烯组成。
根据本实用新型的另一实施方式，所述透明导电玻璃的面电阻为10-2000欧方。
本实用新型透明的导电玻璃，由于石墨烯层覆盖在金属导电网格层上，从而避免金属导电网格层的氧化，因而提高了导电玻璃的稳定性及使用寿命；同时由于石墨烯、金属网格及金属纳米线的透光性和导电性，因而本实用新型的导电玻璃具有良好的导电性和透光性。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本实用新型的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1是本实用新型的制备透明导电玻璃的流程示意图。
图2是实施例1的涂覆金属网络后的玻璃的扫描显微镜照片。
图3是实施例1制备的透明导电玻璃的电子扫描显微镜照片。
图4是实施例1制备的透明导电玻璃的石墨烯层的拉曼光谱。
图5是实施例1制备的透明导电玻璃透过率曲线与对应面电阻。
图6是实施例1制备的透明导电玻璃的面电阻随时间的变化。
图7为实施例8的玻璃蒸镀金属网格后所拍光学显微镜照片。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本实用新型进行说明，但本实用新型并不局限于此。
本实用新型的透明导电玻璃，包括依次层叠的透明玻璃层、金属导电网络层和石墨烯层。
其中，金属导电网络层的厚度是2-300nm。金属导电网络层是由铜、镍、银和金中的一种或多种形成。由于铜是石墨烯生长最佳催化剂之一，优选铜金属网络。金属导电网格层可以是金属纳米线形成的金属纳米线层，也可以是金属网格结构形成的金属网格层，或者是两者的组合。其中，当金属导电网络层包括金属网格层时，金属网格层的厚度优选为10-300nm，线宽为2-6μm，相邻线之间间距为50-200μm。
石墨烯层可以是1-3层或者超过3层，但当超过三层时该玻璃透过率会受到影响。
本实用新型的透明导电玻璃的面电阻根据透过率不同，面电阻表现为10-2000欧方。
如图1所示，本实用新型透明导电玻璃可以通过如下步骤形成，S1，在玻璃基底表面进行金属网络的制备，形成金属导电网络层；S2，在覆盖有所述金属导电网络层的玻璃表面生长石墨烯层。
金属导电网络层由铜、镍、银和金中的一种或多种形成。由于铜是石墨烯生长最佳催化剂之一，因此优选铜金属网络。
金属导电网络层为金属纳米线涂覆形成或蒸镀金属网格层。
生长石墨烯层，可通过普通化学气相沉积(CVD)，也可以通过化学气相沉积(PECVD)的方法来实现，优选PECVD。进行CVD的条件是：加热至1000-1100℃，根据沉积腔室体积通入50-200sccm氢气和500-1000sccm氩气，常压、通入碳源生长30-120min。进行PECVD条件可以是：将表面涂覆有金属纳米线或蒸镀有金属网格结构的玻璃，放置于PECVD沉积腔室中，加热至300-800℃，根据沉积腔室体积通入10-500sccm氢气，压力抽至小于200Pa，调整等离子体发生器功率为50-400W，稳定10min，通入碳源，其中碳源与氢气流量约为1:1，生长5-60min，即可在涂覆有金属线或蒸镀有金属网格结构的玻璃表面沉积一层至数层石墨烯层。碳源可以为甲烷、乙烷、乙烯、乙炔，优选甲烷。
本领域技术人员可以理解，除了上述必要步骤外，制备透明导电玻璃还可以包括其他辅助步骤，例如清洗步骤。在涂覆金属纳米线或蒸镀金属网格之前，对作为基底的玻璃进行清洗干燥的步骤。具体操作可以是：将玻璃基底依次用超纯水、异丙醇、丙酮各超声清洗5min，再吹干。还可以更进一步的采用等离子体清洗设备对玻璃表面进行清洗。
通过以下实施例详细解释本实用新型的实用新型构思。在下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
将普通浮法玻璃依次用超纯水、异丙醇、丙酮各超声清洗5min，吹干后进行等离子体清洗，备用。
将上述步骤中得到的干净玻璃基板放入匀胶机，吸牢。将浓度为1mg/ml的铜纳米线溶液均匀喷淋到玻璃基板，并开启匀胶机，转速为2000rpm,旋涂1min。自然干燥就可以得到有铜纳米线覆盖的玻璃。
图2为实施例1的玻璃表面涂覆铜纳米线后所拍电子扫描显微镜照片。由图2可以看出，铜纳米线形成网络覆盖在玻璃表面。证明通过涂覆后可以在玻璃表面形成金属导电网络层。
然后直接在涂覆铜导电网络层的玻璃上生长石墨烯层。具体步骤如下，将得到涂有铜纳米线的玻璃放入PECVD生长室，加热衬底，衬底温度达到400℃时，以流量20sccm通入H2，生长室压强为150Pa，开启等离子体发生器功率为100W，稳定10min后，设定CH4流量为20sccm，生长10min，在涂有金属纳米线的玻璃表面覆盖一层致密质量较好的石墨烯层。
图3为实施例1制备的透明导电玻璃的电子扫描显微镜照图，由图3可以看出，所生长的石墨烯层均匀完整的包覆在铜纳米线与玻璃表面上。
图4为实施例1制备的透明导电玻璃表面上石墨烯层的拉曼光谱，由图4可以看出，生长的石墨烯质量较好，要高于还原氧化石墨烯。
图5为本实用新型实施例1制备的透明导电玻璃透过率曲线与对应面电阻。该实施例制备的透明导电玻璃的面电阻约150Ω/sq，从图中可以看出此透明导电玻璃具有非常好的透光性与导电性。
图6为本实用新型实施例1制备的透明导电玻璃导电性随时间的变化，可以看出实施例1得到的透明导电玻璃稳定性非常好，而铜纳米线在短时间内就表现出了非常明显的电阻升高。可以看出，实施例1制得的透明导电玻璃中，石墨烯层对铜钠米线起到保护作用，避免铜钠米线的氧化导致电阻增加。
实施例2
制备一种透明导电玻璃，步骤同实施例1，不同之处是用银纳米线代替铜纳米线，同样得到透光性与导电性较好的石墨烯-金属网络导电玻璃。
实施例3
制备一种透明导电玻璃，步骤同实施例1，不同之处是用金纳米线代替铜纳米线，同样得到透光性与导电性较好的石墨烯-金属网络导电玻璃。
实施例4
制备一种透明导电玻璃，步骤同实施例1，不同之处是用乙烯代替甲烷来沉积石墨烯层，同样得到透光性与导电性较好的石墨烯-金属网络导电玻璃。
实施例5
制备一种透明导电玻璃，步骤同实施例1，不同之处是用乙炔代替甲烷来沉积石墨烯层，同样得到透光性与导电性较好的石墨烯-金属网络导电玻璃。
实施例6
制备一种透明导电玻璃，步骤同实施例1，不同之处是石墨烯生长温度为580℃，同样得到透光性与导电性较好的石墨烯-金属网络导电玻璃。
实施例7
制备一种透明导电玻璃，步骤同实施例1，不同之处是石墨烯沉积时间为30min，得到导电性较好的石墨烯-金属网络导电玻璃，但透光性有所下降。
实施例8
制备一种透明导电玻璃，步骤同实施例1，不同之处是以金属网格层的蒸镀代替铜纳米线的涂覆。
首先在玻璃基板上涂覆光刻胶。具体步骤如下：将清洗干净的玻璃基板放入匀胶机，吸牢。将光刻胶溶液均匀滴涂到玻璃基板表面，并开启匀胶机，转速为4000rpm，旋涂1min。旋涂结束后在热台上110℃烘烤3min。
然后将有光刻胶的玻璃在紫外光刻机下进行曝光。具体步骤如下：将烘烤结束后的玻璃光刻胶在的一面朝上，置于紫外光刻机样品台上，再将光刻掩模板置于上方，其中掩模板为网格样式的掩模板。曝光时间为5s。曝光结束后，在显影液中显影，显影时间5s，随后在纯水中清洗20s，完成定影。
接着在有光刻胶的一面通过蒸镀的方法进行金属网格的制备。具体步骤如下：在有光刻胶的一面蒸镀金属铜，速率0.1埃每秒，蒸镀厚度100nm。蒸镀结束后，以丙酮清洗玻璃，去除光刻胶，得到表面覆盖有金属网格层的玻璃。形成的金属网格层如图7所示，金属网格层的厚度是100nm，相邻线条之间的间距是50nm。
最后以实施例1相同的方式在形成有金属网格层的玻璃表面生长石墨烯层，从而形成导电玻璃。导电玻璃的透光率为70％，面电阻为4Ω/sq，形成阻值稳定的透明导电玻璃。
实施例9
制备一种透明导电玻璃，步骤同实施例8，不同之处是用金属镍代替金属铜，同样得到透光性与导电性较好的石墨烯-金属网络导电玻璃。
实施例10
制备一种透明导电玻璃，步骤同实施例9，不同之处是以普通化学气相沉积法代替等离子体增强化学气相沉积法。具体步骤如下：将有金属镍网格的玻璃放入CVD生长室，以流量500sccm通入Ar，流量200sccm通入H2，加热衬底，衬底温度达到1000℃时，稳定10min后，通入流量为35sccm的CH4，生长60min，在有金属镍网格的玻璃表面覆盖一层质量较好的石墨烯层。
本实用新型的导电玻璃，由于石墨烯层覆盖在金属导电网格层上，从而避免金属导电网格层的氧化，因而提高了导电玻璃的稳定性及使用寿命；同时由于石墨烯、金属网格及金属纳米线的透光性和导电性，因而本实用新型的导电玻璃具有良好的导电性和透光性。
当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种透明导电玻璃，其特征在于，包括依次层叠的透明玻璃层、金属导电网络层和石墨烯层；所述金属导电网络层包括金属纳米线层，或金属纳米线层和金属网格层。
2.根据权利要求1所述的透明导电玻璃，其特征在于，所述金属导电网络层的厚度是2-100nm。
3.根据权利要求1所述的透明导电玻璃，其特征在于，所述金属导电网络层中的金属由铜、镍、银和金中的一种或多种形成。
4.根据权利要求1所述的透明导电玻璃，其特征在于，所述石墨烯层由1-3层石墨烯组成。
5.根据权利要求1所述的透明导电玻璃，其特征在于，所述透明导电玻璃的面电阻为10-2000欧方。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201822083827.XU CN209561021U (zh) | 2018-12-12 | 2018-12-12 | 透明导电玻璃 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109473200A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-03-15 | 北京石墨烯研究院 | 透明导电玻璃及其制备方法 |
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2018
- 2018-12-12 CN CN201822083827.XU patent/CN209561021U/zh active Active
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| CN109473200A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-03-15 | 北京石墨烯研究院 | 透明导电玻璃及其制备方法 |
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