耐溫的透明電導(dǎo)體、制造方法以及用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種帶有透明基材和基材上的導(dǎo)電層的透明的電導(dǎo)體，其中，導(dǎo)電層 具有多個導(dǎo)電的、納米級的添加物，其中，添加物彼此區(qū)域性地形成導(dǎo)電性連接，以便形成 導(dǎo)電層，其中，基材由玻璃或玻璃陶瓷原料或者具有玻璃和/或玻璃陶瓷的復(fù)合原料形成， 其中，添加物至少區(qū)域性地嵌入到基質(zhì)層中，并且其中，基質(zhì)層由透明基質(zhì)材料形成。
【背景技術(shù)】
[0002] 透明的電導(dǎo)體由透明的基材材料制成，在該基材材料上施布有透明的導(dǎo)電層。在 此，透明的導(dǎo)電層的突出之處在于良好的電導(dǎo)率，其中，同時還存在對于可見波長范圍中的 光的高透射率。電導(dǎo)體可以構(gòu)建為在IXD顯示屏、觸摸屏、光伏電池、抗靜電覆層和EMV覆 層中的透明電極。
[0003] 由現(xiàn)有技術(shù)已知透明電導(dǎo)體，為了制作該電導(dǎo)體在基材表面上施布一種含有導(dǎo)電 的納米級添加物的液體。根據(jù)US8, 049, 333B2特別是使用金屬納米線作為添加物。隨后 蒸發(fā)液體，從而使添加物網(wǎng)絡(luò)狀地置于基材上。隨后根據(jù)US8, 049, 333B2把基質(zhì)材料施 布到添加物層上。然后，可以把基質(zhì)材料機械式地壓入到添加物層中。隨后對基質(zhì)材料時 效硬化。為了實行在US8,049,333B2中所述的方法，需要比較高的技術(shù)花費，尤其是以下 方面：首先施布添加物層并且隨后在第二覆層步驟中施布保護基質(zhì)。此外，通過在該文獻中 所述的方法制作的電導(dǎo)體特別是在溫度影響下不具有針對特定應(yīng)用所要求的長期穩(wěn)定性 和耐溫性。
[0004] 由現(xiàn)有技術(shù)還已知灶臺，其中，在由玻璃或玻璃陶瓷制成的板下布置有電加熱元 件。此外，在玻璃或玻璃陶瓷板的背側(cè)布置有顯示屏或觸摸傳感器。在此，通過濺射或液態(tài) 覆層方法把例如IT0覆層或由其他的透明導(dǎo)電氧化物制成的層施布到玻璃或玻璃陶瓷板 的背側(cè)上。例如由US7, 309, 405描述了一種用于生產(chǎn)帶有錫摻雜氧化銦（IT0)的覆層的 方法。這種覆層具有高透射率和良好的電導(dǎo)率，并且可以通過濺射方法施布到玻璃陶瓷的 底側(cè)上。用于制造這種層的技術(shù)花費同樣是非常高。由于銦的供應(yīng)量萎縮，材料價格提高 是可以預(yù)見的，這進而對該方法的可采用性提出了問題。
[0005] 由JP2010 092 650說明了一種在爐灶盤的背側(cè)上帶有觸摸面板的灶臺，其由透 明的導(dǎo)電層制成，該導(dǎo)電層由半導(dǎo)體氧化物和附加的透明保護層制成。
[0006] DE10 2009 053 688公開了一種能絲網(wǎng)印刷的、透明的導(dǎo)電覆層溶液。其添加有 銦和一種錫化合物，并且適用于形成IT0層。這些覆層溶液具有極高的表面電阻。覆層必 須加以焙烤，從而不能使用預(yù)加應(yīng)力的玻璃基材。此外，該層在熱學(xué)預(yù)加應(yīng)力過程期間不能 被焙烤。
[0007] 最后，在灶臺應(yīng)用中已知，能印刷帶有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的膜。于是這些膜可以被層壓在灶 臺的底側(cè)上。然而在此，在粘合劑在與大氣的相互作用下而失效時，可能發(fā)生層壓脫開的風 險。此外，使膜無氣泡地與爐灶面底側(cè)粘合是麻煩的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的任務(wù)是提供一種開頭提到的類型的透明的電導(dǎo)體，其即使在溫度影響下 也具有足夠高的壽命。此外，本發(fā)明的任務(wù)是，優(yōu)選以每個透明導(dǎo)電層僅一個覆層步驟地， 以簡單的方法制造透明的電導(dǎo)體。
[0009] 這個任務(wù)通過以下方式解決，即，基材和基質(zhì)材料由具有至少140°C的耐熱性的原 料制成。因此，透明的電導(dǎo)體可以設(shè)計為，特別適用于爐灶面應(yīng)用并且在那里特別是能夠采 用在爐灶面的冷區(qū)中。其在那里可以為了設(shè)計顯示屏或觸摸傳感器而構(gòu)建。放在爐灶區(qū)表 面上的熱的或者過熱的鍋不會損壞透明的電導(dǎo)體。更確切地說，該透明的電導(dǎo)體具有足夠 高的疲勞強度和耐抗性。
[0010] 優(yōu)選地，基材和基質(zhì)材料具有至少140°c，優(yōu)選至少180°C，特別優(yōu)選至少200°C的 耐熱性，從而電導(dǎo)體特別是可以安置在爐灶面的冷區(qū)中。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的變型方案可以設(shè)置，具有根據(jù)擦刻硬度計測試（帶有1. 〇_碳 化鶴尖端的Elcometer3092硬度測試棒）測定的至少500g、優(yōu)選至少700g的基質(zhì)材料耐 刮劃性。據(jù)此保證，透明的電導(dǎo)體具有足夠高的機械強度。于是該電導(dǎo)體是特別耐刮劃的。 這特別是在爐灶面的情況下是有利的，這是因為在把爐灶面安裝到爐具過程期間可能會受 到強烈的機械負載。從而例如可能發(fā)生的是，金屬支架的尖銳棱邊在該過程中觸碰到涂層。
[0012] 此外，用于使用在爐灶面中的透明的電導(dǎo)體應(yīng)當還具有針對水蒸氣的足夠的耐抗 性，這是因為水蒸氣可能是高腐蝕性的。因此對于在爐灶面中的應(yīng)用，應(yīng)當按如下方式選擇 基質(zhì)材料，即，直至一小時確保針對水蒸氣的耐抗性（通過帶有廢水的鍋測試）。此外，還應(yīng) 當給予耐老化性，其中，經(jīng)過10年，電導(dǎo)體的表面電阻升高不超過25%，優(yōu)選不超過10%。
[0013] 特別地，在用于顯示屏的情況下，基質(zhì)材料應(yīng)當具有在可見光范圍 (400nm彡入彡700nm)中的大于90 %的光透射率，優(yōu)選具有大于95 %的光透射率（根據(jù) ASTMD1003)〇
[0014] 為了不通過透明的電導(dǎo)體引起對透明度的高的干擾，基質(zhì)材料的霧度值應(yīng)當小于 5%，優(yōu)選小于3%，特別優(yōu)選小于1%。霧度值是透明試樣的渾濁度的量度。該值說明了傳 輸?shù)墓獾挠杀煌干涞脑嚇由⑸涞幕蚍瓷涞姆蓊~。因此，霧度值定量測定了基質(zhì)材料的表面 中或結(jié)構(gòu)中的材料缺陷。
[0015] 可以使用例如金屬的納米線或納米管作為導(dǎo)電的添加物。這些添加物保證了良好 的電導(dǎo)率，其中，由于納米級的尺寸維持了高透射率。在此，以下添加物被定義為"納米級" 的，即，其大小為至少一個維度200納米或更小。纖維狀導(dǎo)電添加物的與其微小的納米級直 徑的結(jié)合可以實現(xiàn)構(gòu)成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。在此，可以通過導(dǎo)電添加物的量有針對性地調(diào)整電阻。在 使用帶有微小長徑比Aspcktvcrhjiltnis〗的添加物的情況下，為了構(gòu)成導(dǎo)電路徑需要很高 的添加物劑量（直至50質(zhì)量％)，而所謂的滲流閾值（即添加物的臨界濃度，在該濃度下 (層）材料的電導(dǎo)率突然提高）在帶有高長徑比的添加物的情況下處在在明顯更低的濃度 下。
[0016] 適合的基質(zhì)材料例如為能紫外硬化或熱硬化的聚合物、能紫外交聯(lián)或熱有機交聯(lián) 的雜化聚合物（雜化高分子，hybridpolymer)溶膠凝膠材料、雜化聚合物溶膠凝膠材料、納 米顆粒官能化的溶膠凝膠材料、帶有納米顆粒填充物的溶膠凝膠材料和/或無機的溶膠凝 膠材料。
[0017] 針對制造帶有透明導(dǎo)電層的根據(jù)本發(fā)明的透明的電導(dǎo)體，在液態(tài)的基質(zhì)前體中分 散有高導(dǎo)電性的添加物，并且其在覆層步驟中與基質(zhì)材料一起施布到基材上。在此，基質(zhì)按 如下方式實施，即，高導(dǎo)電性的添加物可以被分散到該基質(zhì)中。但是同時，基質(zhì)不完全包圍 導(dǎo)電添加物地安放，從而基質(zhì)不使導(dǎo)電添加物彼此電絕緣。
[0018] 基質(zhì)材料的耐熱性可以在退火試驗中在相應(yīng)的溫度下（根據(jù)本發(fā)明彡140°c)測 試2小時。在本發(fā)明的特定實施方式中，基質(zhì)對高導(dǎo)電性的添加物進行保護，使其免受降解 (保護免受氧、硫、水、酸進攻）或腐蝕。據(jù)此，確保了經(jīng)覆層的基材的電導(dǎo)率的長期穩(wěn)定性。
[0019] 為了制造根據(jù)本發(fā)明的電導(dǎo)體，優(yōu)選給基材覆層以覆層溶液，例如一種絲網(wǎng)印刷 涂料，其由形成基質(zhì)的材料和高導(dǎo)電性的添加物以及在必要時的其他添加劑（分散劑、表 面反應(yīng)物（表面活性劑）、溶劑、增稠齊IJ、流平齊IJ、脫氣劑、消泡齊IJ、硬化劑、引發(fā)劑、腐蝕抑制 齊U、增附劑等）制成。
[0020] 可以使用帶有<5bar、優(yōu)選〈lbar、特別優(yōu)選〈0.lbar的蒸汽壓的高沸點溶劑。優(yōu) 選加入具有大于120°C的沸點和>10的汽化率的溶劑。優(yōu)選使用帶有超過150°C的沸點和 >500的汽化率的溶劑，特別優(yōu)選使用帶有超過200°C的沸點和>1000的汽化率的溶劑。這 類高沸點溶劑特別是為乙二醇和乙二醇醚、萜烯和多元醇，以及由多種這些溶劑組成的混 合物?？梢宰鳛槿軇┦褂玫挠校阂宜岫□?、甲氧基乙酸丁酯、2_(2_丁氧基乙氧基）乙酸乙酯 (乙酸卡必醇酯）、2_ 丁氧基乙酸乙酯、乙酸丁基卡必醇酯F4789、丁基二甘醇、丁基二甘醇 乙酸酯、丁基乙二醇、丁基乙二醇乙酸酯、環(huán)己酮、雙丙酮醇、二甘醇、二丙二醇單甲醚、二丙 二醇單丁醚、丙二醇單丁醚、丙二醇單丙醚、丙二醇單乙醚、乙氧基乙酸丙酯、己醇、1，3-二 乙氧基-2-丙醇、1，5-戊二醇、1-甲氧基-2-丙醇、4-羥基-4-甲基-2-戊酮、乙酰乙酸乙 酯、N、N-二甲基乙酰胺、聚乙二醇200、碳酸丙烯酯、甲氧基乙酸丙酯、單乙二醇、乙基吡咯 烷酮、甲基吡咯烷酮、二丙二醇二甲醚、丙二醇、丙二醇單甲醚、鏈烷烴和環(huán)烷烴的混合物、 芳香烴的混合物、芳香性烷基化的碳氫化合物的混合物以及n-，i-和環(huán)脂肪族的混合物。 特別是可以使用聚乙二醇醚，譬如二乙二醇單乙醚、三丙二醇單甲醚和松油醇作為溶劑。此 夕卜，可以使用由這些溶劑中的兩種或多種的混合物。在此，溶劑既可以加入基質(zhì)前體，也可 以加入納米級添加物的溶液。
[0021] 為了能夠以不同的涂布方法或打印方法施布覆層材料、特別是施布覆層溶液，作 為基質(zhì)前體的納米級添加物和/或基質(zhì)材料二者，在被匯集到覆層材料中之前存在于至 少一種低沸點溶劑、至少一種高沸點的溶劑、或者由至少一種低沸點溶劑和至少一種高沸 點的溶劑組成的溶劑混合物中。低沸點溶劑具有低于120°C的沸點，高沸點溶劑具有高于 120°C的沸點。
[0022] 針對爐灶面應(yīng)用，適用的基質(zhì)材料有：能紫外硬化