銀納米線和氧化鋅納米線單層透明電極及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種透明電極及其制備方法。其特征在于，所述透明電極由銀納米線和氧化鋅納米線通過單層結(jié)構(gòu)混合組裝附著在透明襯底上而構(gòu)成。本發(fā)明將銀納米線和氧化鋅納米線有效復合，形成單層結(jié)構(gòu)。這種復合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了以納米線和氧化鋅納米線在二維尺度上的連接，二者的協(xié)同效應(yīng)使復合薄膜的性能優(yōu)于任一薄膜。本結(jié)構(gòu)主要依靠自納米組裝實現(xiàn)，并結(jié)合高溫固化、高壓成型等手段，可廣泛應(yīng)用于玻璃和PET等透明襯底。相對于氧化鋅薄膜和銀納米線單一結(jié)構(gòu)薄膜，本結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物具有表面平整均勻，電導率高，透光性能好，霧度低等優(yōu)異性能。所得到的透明電極能夠廣泛應(yīng)用于各種電路設(shè)備之中。
【專利說明】銀納米線和氧化鋅納米線單層透明電極及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于導電材料領(lǐng)域，具體涉及光電子器件領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]透明導電薄膜是光電子器件所必需的關(guān)鍵組件。當前市場中的透明導電材料主要為氧化銦錫(ΙΤ0)。由于金屬銦的可開采量有限，而且是重要的戰(zhàn)略資源。同時ITO的延展性不足，無法滿足柔性器件的要求。因此，開發(fā)替代ITO的無銦透明導電薄膜已成為光電器件領(lǐng)域所亟需解決的瓶頸問題。
[0003]目前，國際上大量的科研工作組正在需求ITO的替代物。納米有機薄膜、納米金屬薄膜、納米碳基薄膜和納米氧化物薄膜被認為是最具發(fā)展?jié)摿Φ腎TO替代材料。但已有的研究結(jié)果過于分散、缺乏系統(tǒng)性，尤其對透明導電薄膜所面臨的關(guān)鍵科學問題認識不足。
[0004]目前，摻雜ZnO、導電聚合物(如聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸，PED0T-PSS)、碳納米管、石墨烯、金屬柵和銀納米線等材料有望替代ITO在透明導電材料中的主導地位。同時，一種新思路——以上導電材料中的2種或更多種的復合材料——也在不斷發(fā)展中，各種導電材料各有其優(yōu)缺點，各種導電材料復合的技術(shù)能夠有效的利用各種材料自身的優(yōu)點，每種材料的缺點也可以依靠其他材料彌補。
[0005]由銀納米線制備的透明導電薄膜在可見光透光率為90%左右時可獲得ΙΟΟΩ/sq左右的薄膜電阻。氧化鋅體積電阻率在200μ Ω/cm以上。銀納米線與氧化鋅納米線復合后，氧化鋅納米線可以有效填補銀納米線網(wǎng)絡(luò)間的“孔隙”，同時，銀納米線有效的彌補了氧化鋅納米線阻抗過高，導電性不足的缺點。2012年，韓國延世大學和LG顯示公司的研究人員將銀納米線薄膜旋涂在2層射頻磁控派射的氧化鋅薄膜之間，形成ZnO/Silvernanowire/ZnO的三層結(jié)構(gòu),制得了在550nm處91%透光率時表面電阻率8 Ω /sq的透明導電薄膜(ACS Nano, 2013，7，1081-1091)。由于銀納米線薄膜表面平整性不足，致使所制得的三層結(jié)構(gòu)的表面不夠平整，為進一步的器件制備帶來了困難。這種三層結(jié)構(gòu)僅是簡單的將銀納米線層和氧化鋅層簡單的疊加，并未優(yōu)化其微觀結(jié)構(gòu)，而且由于這三層結(jié)構(gòu)僅僅是簡單的疊加也導致其微觀結(jié)構(gòu)難以優(yōu)化，所以難以準確調(diào)控銀納米線和氧化鋅的復合比例。國際上亦有對ZnO薄膜進行摻雜制備透明導電薄膜的先例。
[0006]在復合薄膜技術(shù)蓬勃發(fā)展的同時，作為納米技術(shù)重要組成部分的的自組裝技術(shù)也有了長足的發(fā)展。自組裝技術(shù)在當今電子科學和納米【技術(shù)領(lǐng)域】是極為重要的。自組裝技術(shù)可改變納米材料的微觀分布，進而提升納米材料的宏觀性能。2013年，中國科技大學的科學家采用氣液界面組裝方式對銀納米線進行了組裝，這項研究為微觀的自組裝技術(shù)在宏觀尺度上的實現(xiàn)提供了可能(Nanoscale，2013，5，4223-4229)。對于銀納米線透明導電薄膜來說，微觀銀納米線網(wǎng)絡(luò)分布的改變，將會改變其透光率、表面電阻率和霧度。目前，尚沒有將氧化鋅納米線和銀納米線通過自組裝方式復合的研究。但我們相信，在不久的將來必然會有大量研究圍繞著這方面進行。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是通過銀納米線和氧化鋅納米線之間優(yōu)缺點的互補，通過單層結(jié)構(gòu)混合組裝附著在透明襯底上，制備具有表面平整均勻，電導率高，透光性能好，霧度低等優(yōu)異性能的復合薄膜。
[0008]技術(shù) 方案:通過調(diào)控氧化鋅納米線和銀納米線的復合比例，可以有效地優(yōu)化所制得的復合薄膜性能，因而獲得不同性能要求的透明導電薄膜。這種方式制得的復合薄膜相比于磁控濺鍍在表面平整度等方面有著明顯的優(yōu)勢。同時，也能有效地調(diào)控透光率和表面電阻率。
[0009]其中，銀納米線氧化鋅納米線單層結(jié)構(gòu)可表示
【權(quán)利要求】
1.一種銀納米線和氧化鋅納米線單層透明電極，其特征在于，所述透明電極由銀納米線和氧化鋅納米線通過單層結(jié)構(gòu)混合組裝附著在透明襯底上而構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銀納米線和氧化鋅納米線單層透明電極，其特征在于，銀納米線氧化鋅納米線單層結(jié)構(gòu)可表示為^AgMZnOln其中Ag表示為銀納米線，ZnO表示為氧化鋅納米線，η表示為復合層數(shù),其數(shù)值范圍為1~100。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的銀納米線和氧化鋅納米線單層透明電極，其特征在于，銀納米線薄膜的厚度在5-300nm。
4.權(quán)利要求1和2或所述的銀納米線和氧化鋅納米線單層透明電極的制備方法，其特征在于，銀納米線是通過化學合成制得的，銀納米線長徑比為1OOym:50nm，具體方法如下: ①首先準備薄膜襯底，將PET、玻璃等透明襯底。并對襯底進行預處理。 ②將銀納米線和氧化鋅納米線均勻分散合適的溶劑中，在襯底上制備銀納米線氧化鋅納米線復合結(jié)構(gòu)薄膜。 ③將復合結(jié)構(gòu)薄膜在室溫除去殘存的溶劑。 ④使銀納米線和氧化鋅納米線之間的復合更加緊密，制成銀納米線銀納米線氧化鋅納米線復合薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的銀納米線和氧化鋅納米線單層透明電極的制備方法，其特征在于，氧化鋅納米線包括化學氣相沉積制備的氧化鋅納米陣列或由化學合成制得的氧化鋅納米線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的銀納米線和氧化鋅納米線單層透明電極的制備方法，其特征在于，銀納米線和氧化鋅納米線單層復合結(jié)構(gòu)可由LB法、提拉法、液液/氣液/液固界面組裝、靜電及電場誘導自助裝等自組裝方式構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的銀納米線和氧化鋅納米線單層透明電極的制備方法，其特征在于，銀納米線和氧化鋅納米線單層復合結(jié)構(gòu)在室溫~120°的環(huán)境中放置10~50分鐘，除去殘存的溶劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的銀納米線和氧化鋅納米線單層透明電極的制備方法，其特征在于，將復合結(jié)構(gòu)薄膜置于30Mpa壓力下，使銀納米線和氧化鋅納米線之間的復合更加緊密，制成銀納米線銀納米線氧化鋅納米線復合薄膜。
【文檔編號】H01B5/14GK103943171SQ201410153893
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月16日
【發(fā)明者】馬延文, 周偉欣, 馮曉苗, 張自強, 邵梓橋, 張亭亭, 焦云飛 申請人:南京郵電大學