TWI514424B - 導電膜及其製法 - Google Patents

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Description

導電膜及其製法
本發明係有關一種導電膜及其製法，尤指一種具有含複數碳材顆粒的導電膜及其製法。
目前大部分電子產品都朝向微型化、扁平化趨勢發展，尤其平板電腦及智慧型手機亦以輕薄為發展主軸，而這類電子產品也因視覺或光學上的需求須運用透明導電膜。常見的透明導電氧化物(transparent conducting oxide，TCO)薄膜因具有良好的導電性、可見光範圍內的高透明度、紅外線高反射比、及半導體特性，因而被廣泛應用於各種光電產品，例如：太陽能電池、光電晶體、智慧型手機之觸控面板、有機發光元件、汽車防熱除霧玻璃、光電轉換器、及建築用透明外牆等。
目前有關TCO薄膜的製造方法分為氣相製程與濕式製程。濕式製程大多是以溶凝膠浸塗法為主，但是因為前述方法需採用熱處理，且熱處理的條件與方式對於TCO薄膜的晶粒型態、晶相結構、緻密性有相當的影響，繼而造成TCO薄膜在導電性質與光穿透度的表現上有所變化。當薄膜晶格結構趨於完整與結晶成長變大，可使薄膜介面降低，有助於載子移動力的提升，使導電性質增加。所以一般TCO薄膜的製程，都需經過高溫製程或後段高溫熱處理來提升其導電性質(T>400℃)。
然而，熱處理溫度高雖會幫助結晶成長，但同時也會造 成氧空缺(Oxygen vacancy)降低，反而造成TCO薄膜導電性質的下降。
本揭露提供一種導電膜之製法，係包括：將含有第一金屬化合物、第二金屬化合物、複數碳材顆粒及溶劑之混合溶液施用於基材上，以形成薄膜；加熱該薄膜；以及對該經加熱之薄膜照光，以得到該導電膜。
本揭露復提供一種導電膜，係包括：第一金屬氧化物；摻雜之第二金屬；以及複數碳材顆粒，其中，該導電膜之片電阻係280至1600 Ω/□。
以下藉由特定的具體實施例說明實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。
本揭露提供一種導電膜之製法，係包括：將含有第一金屬化合物、第二金屬化合物、複數碳材顆粒及溶劑之混合溶液施用於基材上，以形成薄膜；加熱該薄膜；以及對該經加熱之薄膜照光，以得到該導電膜。
請參閱第1A至1C圖，係說明本揭露導電膜之製法。
如第1A圖所示，準備一材質透明如玻璃或壓克力之基材10，並準備一含有第一金屬化合物、第二金屬化合物、複數碳材顆粒及溶劑之混合溶液，其中，該第一金屬化合物中的金屬元素係鋅或錫，舉例而言，該第一金屬化合物係選自醋酸鋅、碳酸鋅、氯化錫及醋酸錫所組成群組 之至少一者。
而該第二金屬化合物中的金屬元素係可為鋁、鎵或銦，例如選自硝酸鋁、氯化鋁、硝酸鎵、氯化鎵、氯化銦及硝酸銦所組成群組之至少一者的第二金屬化合物。
通常，該第二金屬化合物之金屬含量，係0.1至10 at.%(相對於第一金屬化合物之金屬含量)。
另外，該混合溶液中之碳材顆粒係石墨、石墨烯或奈米碳管，於一實施例中，該碳材顆粒係氧化石墨烯。調配該混合溶液時，該碳材顆粒係佔該第一金屬化合物之0.1wt%(重量百分比)至15wt%。應注意過高的濃度，會降低該該導電膜之光穿透率，濃度過低則無法提升導電度。
接著，如第1A圖所示，以浸入塗佈法(dip coating)、旋轉塗佈法(spin coating)、凹版印刷(gravure)、網版印刷(screen printing)、噴灑塗佈(spray coating)及噴墨印刷(inkjet printing)所組成群組的至少一種方式將混合溶液施用於基材10上，以形成該薄膜12，該薄膜12含有複數碳材顆粒13。
接著，以50至500℃加熱該薄膜，俾使後續對該薄膜照光時，吸收該光之能量。本揭露並未限制溶劑的種類，只要是可溶該第一及第二金屬化合物之溶劑皆可使用，再者，溶劑可選擇沸點較低者，例如醇類溶劑，如乙醇、丙醇等。故可以例如低於150℃之溫度，於加熱該薄膜時以更快速地移除溶劑，以進行照光步驟。
如第1B圖所示，對該經加熱之薄膜12照光14，以得 到該導電膜。於一具體實施例中，係使用氧化石墨烯作為碳材顆粒，並改質氧化石墨烯，使其轉變為還原石墨烯13’。
於一具體實施例中，該照光之光源為紫外光或雷射。
舉例而言，該光源為雷射時，且其能量密度為0.03J/cm2 至1 J/cm2 ，且通常可選擇之波長範圍係193至1064nm，或波長為106400nm之雷射。
在一具體實施例中，係使用以波長為355nm的雷射對含有氧化石墨烯作為碳材顆粒之醋酸鋅、硝酸鋁的薄膜照光改質，可發現如第1C圖所示，線條(a)係顯示未經加熱處理的結果，線條(b)係顯示經加熱處理，該薄膜於355nm呈現光吸收的結果，確實說明可經由照光改質氧化石墨烯，使其轉變為還原石墨烯，並令該薄膜結晶化。
根據本揭露之方法，所得之導電膜之片電阻係280至1600 Ω/□。
本揭露復提供一種導電膜，係包括：第一金屬氧化物；摻雜之第二金屬；以及複數碳材顆粒，其中，該導電膜之片電阻係280至1600 Ω/□。
前述之導電膜中，該碳材顆粒係石墨、石墨烯或奈米碳管。於一具體實施例中，該碳材顆粒係還原石墨烯。
此外，該碳材顆粒之含量為0.1wt%(重量百分比)至15wt%。
又該導電膜中，該第一金屬氧化物係可為氧化鋅或氧化錫；第二金屬係為鋁、鎵或銦。因該第二金屬係僅摻雜，故該第二金屬之含量為0.1至10 at.%(相對於第一金屬氧 化物之金屬含量)。
根據前述方法所得之導電膜，其光穿透率介於86%至90%，特別適用於光學產品，尤係對光穿透率有要求之電子元件。
實施例 製備例 含有第一金屬化合物、第二金屬化合物、複數碳材顆粒及溶劑之混合溶液
根據表1所載內容將第一金屬化合物溶於乙醇中，配製成0.5M的溶液，接著於該溶液中，添加第二金屬化合物及氧化石墨烯(5970-45-6及UR-SLGO-500MG，友和)，即得到該混合溶液。
詳細的配比含量係紀錄於表1。
比較例1 不含碳材顆粒之導電膜之製備
以浸入塗佈方式將製備例1之混合溶液塗佈於玻璃基板上，以形成100nm厚之薄膜(平面尺寸8cm x 8cm)，接著利用加熱板透過玻璃基板加熱該薄膜，接著，以波長355nm之雷射照射該薄膜，以得到本實施例之薄膜樣品，其中，該雷射之掃描速率為500mm/s，能量密度為0.11J/cm2 。測量該薄膜樣品之片電阻值和電阻係數，並紀錄於表2。
比較例2 導電膜之製備，但未使用雷射照設薄膜
以浸入塗佈方式將製備例2之混合溶液塗佈於玻璃基板上，以形成100nm厚之薄膜(平面尺寸8cm x 8cm)，接著利用高溫回火爐對該薄膜進行500℃退火，以得到本比較例之薄膜樣品。測量該薄膜樣品之片電阻值和電阻係數，並紀錄於表2。
比較例3 導電膜之製備，但未加熱該薄膜
以浸入塗佈方式將製備例2之混合溶液塗佈於玻璃基板上，以形成100nm厚之薄膜(平面尺寸8cm x 8cm)，接著以波長355nm之雷射照射該薄膜，以得到本比較例之薄膜樣品，其中，該雷射之掃描速率為500mm/s，能量密度為0.11J/cm2 ，但該薄膜中的氧化石墨烯並未轉變為還原石墨烯，且該薄膜未結晶化。測量該薄膜樣品之片電阻值和電阻係數，並紀錄於表2。
比較例4 不含碳材顆粒之導電膜之製備
重複比較例1之步驟，但使用製備例3之混合溶液。並測量該薄膜樣品之片電阻值和電阻係數，並紀錄於表2。
比較例5 不含碳材顆粒之導電膜之製備
重複比較例1之步驟，但使用製備例5之混合溶液。並測量該薄膜樣品之片電阻值和電阻係數，並紀錄於表2。
比較例6 使用超量碳材顆粒之導電膜之製備
重複比較例1之步驟，但使用製備例7之混合溶液。並測量該薄膜樣品之片電阻值和電阻係數，並紀錄於表2。此外，比較例6導電膜之光穿透率僅達56%。
實施例1至3 導電膜之製備及其測試
在實施例1至3中，以浸入塗佈方式分別將製備例2、4及6之混合溶液塗佈於玻璃基板上，以形成100nm厚之薄膜(平面尺寸8cm x 8cm)，接著利用加熱板透過玻璃基板加熱該薄膜，接著，以波長355nm之雷射照射該薄膜，使該薄膜中的氧化石墨烯轉變為還原石墨烯，並令該薄膜結晶化，以得到本實施例之薄膜樣品，其中，該雷射之掃描速率為500mm/s，能量密度為0.11J/cm2 。測量該薄膜樣品之電阻值和電阻係數，並紀錄於表2。此外，實施例1至3導電膜之光穿透率皆達88%。
上述實施例係用以例示性說明本揭露之原理及其功效，而非用於限制本揭露。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本揭露之精神及範疇下，對上述實施例進行修改。因此本揭露之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
10‧‧‧基材
12‧‧‧薄膜
13‧‧‧碳材顆粒
13’‧‧‧還原石墨烯
14‧‧‧照光
第1A至1C圖係說明本揭露之導電膜之製法示意圖。
10‧‧‧基材
12‧‧‧薄膜
13’‧‧‧還原石墨烯
14‧‧‧照光

Claims (23)

  1. 一種導電膜之製法，係包括：將含有第一金屬化合物、第二金屬化合物、複數碳材顆粒及溶劑之混合溶液施用於基材上，以形成薄膜；加熱該薄膜；以及對該經加熱之薄膜照光，令該薄膜結晶化，以得到該導電膜。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之導電膜之製法，其中，該第一金屬化合物中的金屬元素係鋅或錫。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之導電膜之製法，其中，其中，該第一金屬化合物係選自醋酸鋅、碳酸鋅、氯化錫及醋酸錫所組成群組之至少一者。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之導電膜之製法，其中，該第二金屬化合物中的金屬元素係鋁、鎵或銦。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之導電膜之製法，其中，該第二金屬化合物係選自硝酸鋁、氯化鋁、硝酸鎵及、氯化鎵、氯化銦及硝酸銦所組成群組之至少一者。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之導電膜之製法，其中，係以浸入塗佈法(dip coating)、旋轉塗佈法(spin coating)、凹版印刷(gravure)、網版印刷(screen printing)、噴灑塗佈(spray coating)及噴墨印刷(inkjet printing)所組成群組的至少一種方式將該混合溶液施用於該基材上，以形成該薄膜。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之導電膜之製法，其中，相對於該第一金屬化合物之金屬含量，該第二金屬化合物之金屬含量係0.1至10at.%。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之導電膜之製法，其中，該碳材顆粒係石墨、石墨烯或奈米碳管。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之導電膜之製法，其中，該碳材顆粒係氧化石墨烯，且經該照光後，該氧化石墨烯轉變為還原石墨烯。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之導電膜之製法，其中，該碳材顆粒係佔該第一金屬化合物之0.1至15wt%。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之導電膜之製法，其中，該加熱之溫度係50至500℃。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之導電膜之製法，其中，該照光之光源為紫外光或雷射。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之導電膜之製法，其中，該光源為雷射，且其能量密度為0.03J/cm2 至1J/cm2 。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之導電膜之製法，其中，該導電膜之片電阻係280至1600Ω/□。
  15. 一種導電膜，係包括：第一金屬氧化物；摻雜之第二金屬；以及複數碳材顆粒，其中，該導電膜係結晶化薄膜，且其片電阻係280至1600Ω/□。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之導電膜，其中，該碳材 顆粒係石墨、石墨烯或奈米碳管。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之導電膜，其中，該碳材顆粒係還原石墨烯。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之導電膜，其中，該碳材顆粒之含量為0.1至15wt%。
  19. 如申請專利範圍第15項所述之導電膜，其中，該第一金屬氧化物係氧化鋅或氧化錫。
  20. 如申請專利範圍第15項所述之導電膜，其中，該第二金屬係鋁、鎵或銦。
  21. 如申請專利範圍第15項所述之導電膜，其中，相對於該第一金屬氧化物之金屬含量，該第二金屬之含量為0.1至10at.%。
  22. 如申請專利範圍第15項所述之導電膜，其光穿透率介於86%至90%。
  23. 如申請專利範圍第15項所述之導電膜，其係結晶化之導電膜。
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