平面有序化的金屬納米線疊層透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及透明導(dǎo)電薄膜納米技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及平面有序化的金屬納米線疊層透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著科技的發(fā)展，透明導(dǎo)電電極在很多方面得到了應(yīng)用，并走進(jìn)了人們的日常生活。透明導(dǎo)電電極主要應(yīng)用在如液晶顯示、觸摸屏、等離子顯示、有機(jī)發(fā)光二極管以及太陽能電池等方面。目前用于制作透明導(dǎo)電電極，比較廣泛的材料是摻雜的金屬氧化物，最主要的還是氧化銦錫(ITO)。ITO以其在可見光范圍高的透光率和低的方阻而獲得廣泛應(yīng)用。但是，隨著人們需求的增加，以及柔性電子器件的出現(xiàn)，例如柔性太陽能電池、柔性發(fā)光二極管等，ITO已不再能夠勝任作為一種長期使用的透明電極材料。ITO作為透明導(dǎo)電電極的缺陷包括幾個(gè)方面，首先，地球上的銦資源比較稀少，據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止目前，全球銦儲(chǔ)量僅為11000噸，而銦錠因其透光性和導(dǎo)電性強(qiáng)，又主要應(yīng)用于ITO行業(yè)，ITO行業(yè)占全球銦消費(fèi)量的84%，因此，銦的稀缺很大程度上制約了 ITO的長遠(yuǎn)發(fā)展。其次，ITO薄膜的結(jié)構(gòu)較脆，將ITO作為柔性透明導(dǎo)電電極時(shí)，彎折過后的電極會(huì)出現(xiàn)裂痕，嚴(yán)重影響電極的性能?；谝陨蟽蓚€(gè)主要缺點(diǎn)，人們開始尋找替代ITO的材料。經(jīng)過多年的努力，人們發(fā)現(xiàn)了一些可以作為ITO替代者的材料，這其中包括碳納米管、石墨烯、金屬柵格以及金屬納米線。而在這些材料中，金屬納米線展現(xiàn)出了優(yōu)于金屬氧化物的導(dǎo)電性，且能夠通過卷對(duì)卷工藝等經(jīng)濟(jì)適用手段制作到大面積的柔性襯底上，因此得到了研宄者的廣泛關(guān)注。金屬納米線薄膜可以通過很多種方法制成，例如旋涂法、真空過濾法、滴涂法、邁耶棒法以及噴涂法。這些方法制作出來的銀納米線電極都是隨機(jī)的納米線網(wǎng)絡(luò)，很多地方都會(huì)發(fā)生納米線的堆積而出現(xiàn)高峰，這就使得金屬納米線電極的表面粗糙度非常高。這一點(diǎn)就會(huì)很大程度上制約其在有機(jī)太陽能電池和有機(jī)發(fā)光二極管等薄膜光電器件中的應(yīng)用。例如對(duì)于有機(jī)太陽能電池來說，那些凸起的高峰會(huì)滲透到活性層中，從而形成一些電極間的短路路徑，使得器件的并聯(lián)電阻變低，暗電流因此升高，器件的效率也會(huì)非常低。因此，降低金屬納米線電極的表面粗糙度從而增加薄膜光電器件的效率將成為重要的課題。
[0003]人們提出了一些避免局部金屬納米線凸起的方法，包括LB自組裝法，增加緩沖層的厚度來覆蓋這些凸起的高峰，以及采用高壓壓印將納米線壓進(jìn)緩沖層。然而這些方法都并不完美，LB自組裝法所需設(shè)備復(fù)雜并且昂貴；厚的緩沖層不利于電子-空穴對(duì)的提取；弓丨入高壓壓印也將進(jìn)一步使器件制作工藝復(fù)雜化。所以亟需找到一種新的簡單易行的方法來降低金屬納米線電極的表面粗糙度，來提高金屬納米線器件的效率。對(duì)于納米材料來說，其基本結(jié)構(gòu)單元可以在基于非共價(jià)鍵的相互作用下自發(fā)的組織或聚集為一個(gè)穩(wěn)定、具有一定規(guī)則幾何外觀的結(jié)構(gòu)，即自組裝。納米材料所具有的優(yōu)異性質(zhì)可以通過簡單的操縱或調(diào)節(jié)其尺度和幾何外觀來得到改善。將納米材料自組裝為一維、二維或三維有序結(jié)構(gòu)后可以獲得新穎的整體協(xié)同特性，并且可以通過控制納米材料間的相互作用來調(diào)節(jié)它們的性質(zhì)。如果能夠通過一定手段制作出一維有序的金屬納米線薄膜，即可避免因隨機(jī)亂序?qū)е露喔{米線的堆積，從而實(shí)現(xiàn)降低金屬納米線電極表面粗糙度的目的。
[0004]在目前已經(jīng)提出的自組裝金屬納米線的方法中，雖然均不同程度的制作出了一維有序的金屬納米線薄膜，然而這些技術(shù)方法也暴露出了技術(shù)要求高、過程不易控制、需使用對(duì)環(huán)境有害且易揮發(fā)的化學(xué)試劑等缺點(diǎn)。因此，有必要研宄出一種制作工藝相對(duì)簡單、成本低、便于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的金屬納米線的自組裝方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供平面有序化的金屬納米線疊層透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法，從而減小基于金屬納米線的透明導(dǎo)電電極表面粗糙度和方塊電阻，具有制作簡單、成本低的特點(diǎn)，具體技術(shù)方案如下。
[0006]一種平面有序化金屬納米線疊層透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其包括步驟:
(1)采用水浴輔助加熱金屬納米線的水醇分散液產(chǎn)生溶劑對(duì)流，利用這種水醇溶劑流誘導(dǎo)金屬納米線在分散液-空氣界面上的發(fā)生自組裝，在氣液界面上形成單層有序金屬納米線薄膜，并通過浸漬提拉法將該膜轉(zhuǎn)移到所需襯底上；
(2)多次正交提拉則能制成所需方阻和透射率的平面有序化金屬納米線疊層透明導(dǎo)電薄膜；
(3)通過調(diào)節(jié)水浴輔助加熱的溫度，能實(shí)現(xiàn)對(duì)單層平面有序化金屬納米線間距的調(diào)節(jié)。
[0007]較佳地，所述金屬納米線的分散劑是水醇混合溶劑，所述醇包括:易揮發(fā)的甲醇、乙醇、或異丙醇的醇類。
[0008]較佳地，所述金屬納米線包括金納米線、銀納米線、銅納米線和镲納米線等。
[0009]較佳地，每層金屬納米線薄膜中的納米線都是有序的結(jié)構(gòu)。
[0010]較佳地，所述疊層中相鄰上下兩層有序化金屬納米線薄膜的納米線相交形成的角度包括0~180°任意角度。
[0011 ] 較佳地，每層有序金屬納米線薄膜均通過自組裝方法制備。
[0012]較佳地，所述襯底為透明襯底，襯底為玻璃襯底、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇脂襯底、聚酰亞胺襯底、聚二甲基硅氧烷襯底、聚甲基丙烯酸甲酯襯底或聚碳酸脂襯底。較佳地，基于金屬納米線在水醇溶劑流的作用下，可在分散液-空氣面處自組裝成有序膜的原理，找到了水浴輔助加熱法來實(shí)現(xiàn)金屬納米線在氣-液界面處的自組裝。
[0013]較佳地，對(duì)平面有序化金屬納米線疊層透明導(dǎo)電薄膜的制備，其方阻和透射率可以通過水浴溫度和提拉次數(shù)來控制，可得到方阻較低而透射率較高的透明導(dǎo)電電極。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果:
本發(fā)明以水浴輔助加熱法金屬納米線的水醇分散液，產(chǎn)生溶劑對(duì)流并誘導(dǎo)金屬納米線在水醇-空氣界面上重新取向和自組裝，形成金屬納米線的單層薄膜，采用浸漬提拉法將該有序薄膜轉(zhuǎn)移到所需襯底上，多次正交提拉形成平面有序化金屬納米線疊層透明導(dǎo)電薄膜，使得這種電極相對(duì)于旋涂法等制得的隨機(jī)無序金屬納米線電極有更好的光電性能，如低的方阻、高的透射率以及低的表面粗糙度?？朔眯糠?、噴涂法等方法制備的金屬納米線透明導(dǎo)電薄膜存在隨機(jī)排列和堆積現(xiàn)象，減小透明導(dǎo)電薄膜表面粗糙度和方塊電阻。本發(fā)明有利于基于金屬納米線的透明導(dǎo)電薄膜在有機(jī)太陽能電池、有機(jī)發(fā)光二極管等薄膜器件中的應(yīng)用。本發(fā)明方法具有制作簡單、成本低、環(huán)境友好、易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明中實(shí)施例子基于水浴輔助自組裝法制得平面有序化銀納米線單層透明薄膜的示意圖；
圖2中(a)、(b)、(c)、(d)分別是實(shí)施例子中在50 °C、70 °C、80 °C、90 °C等水浴溫度下制得的有序單層銀納米線薄膜的掃描電子顯微鏡(SEM)圖；
圖3中(a)、(b)、(c)分別是實(shí)施例子中所制得的兩層和三層平面有序化銀納米線疊層透明薄膜及旋涂法制備隨機(jī)亂序