[發明專利]聚合物基材上的耐久透明導體

有效

• 申請號: 200910142447.1
• 申請日: 2009-06-16
• 公開（公告）號: CN101650981A
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發明（設計）人: C·周
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: H01B1/00
• 分類號: H01B1/00;H01B1/20;H01B1/22;H01B1/24;H01B5/14;H01B13/00;C09K3/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 趙蓉民;路小龍

發明背景

一般而言，本發明的領域涉及透明導體，更具體而言， 涉及聚合物基材上的耐久透明導體。

透明導電氧化物通常被歸于透明導體組。這些透明導電 氧化物通常由它們的電導率和透明度之一或兩者來限定。這些導體已 經被廣泛用于各種應用，包括抗靜電涂層、觸摸屏、軟性顯示器 (flexible?display)、場致發光器件、電致變色系統、太陽能電池和節能 窗(energy?efficient?window)，僅舉幾例。個別應用通常要求某一電導 率和透明度的材料。有時，當在極端環境中進行應用時，可利用更嚴 格的要求以確保透明導電氧化物的結構和功能完整性。

與制備耐久透明導體相關的技術是開發抗靜電涂層、觸 摸屏、軟性顯示器等的關鍵。所有這些應用依賴于透明導體在電、光 和機械性能方面的優異性能。

氧化錫銦(Indium-tin-oxide(ITO))薄膜是最常見的透明導 體之一，并已經使用濺射、化學氣相淀積(CVD)、電子束蒸發、反應 沉淀和脈沖激光沉淀在聚合物基材例如聚酯或聚碳酸酯上制備。這樣 的方法通常需要高溫退火或紫外激光加工，它們可能損害聚合物基 材，并且引起結構和顏色改變，特別是如果聚合物是芳族基系統時。 另外，壓縮內應力可能發展，并且可能容易在ITO薄膜上引發拉伸破 裂(tensile?cracking)。

發明簡述

在一個方面，提供導電材料組合物。導電材料組合物包 括納米導體，其中納米導體的表面包含第一官能團；和分散劑，其至 少包含第一官能團和第二官能團。

在另一方面，提供用于施加到聚合物基材上的透明納米 導體的制備方法。該方法包括將第一官能團引入納米導體表面上以形 成改性的納米導體；和將改性的納米導體與至少包括第一官能團和第 二官能團的分散劑混合，以形成導電材料組合物，其中在改性的納米 導體上的第一官能團與分散劑反應。

附圖簡述

圖1圖解對透明導電氧化物(transparent?conductive?oxide (TCO))導體的表面改性和將羥基官能團轉換為不同的官能團。

圖2圖解對碳導體的表面改性。

圖3圖解用于透明導體制造過程中的分散劑的一些代表 性結構。TBDMS是叔丁基二甲基甲硅烷基(tert-butyl?dimethylsilyl) 的縮寫。

圖4圖解用于透明導體制造過程中的分散劑的一些代表 性結構。

圖5圖解通過將丙烯酸酯引入導體表面上對透明導電氧 化物(TCO)導體進行表面改性。

圖6是圖解用于施加到聚合物基材上的透明納米導體的 制備方法的流程圖。

發明詳述

本文描述的實施方式涉及透明導體，更具體地涉及用于 在聚合物基材上制備透明導體的組合物和方法。此類導體的實例包括 透明導電氧化物例如氧化錫銦(ITO)、摻雜的氧化鋅(ZnO)、氧化鎘 (CdO)和銻摻雜的氧化錫(Sb-SnO₂)。其他的導體實例包括石墨烯 (graphene)片、碳納米管、銀、銅、金、鎳或它們的雜化物。將此類導 體在表面上改性(即官能化)，并且與聚合物基材化學相連。如在本文 進一步描述的，優選具有納米尺寸的導體。具有這樣尺寸的導體在本 文通常稱為納米導體，并且其包括納米線(nanowire)、納米管、納米 棒(nanorod)、納米帶(nanobelt)、納米條(nanoribbon)和納米微粒。可以 通過旋涂、噴霧、浸涂、絲網印刷和噴墨印刷，將這些導體施加到聚 合物基材上。

本文公開的方法集中于制備用于施加到基材，特別是施 加到聚合物基材上的透明導體。如將要論述的，現有技術的至少一個 缺點得以解決。具體地說，當透明導體的薄膜被分配到聚合物基材上 時，由于該導體暴露于應力和應變，它們易于出現裂縫。在某些應用 中，整層薄膜可能從基材上剝離。

在本文描述的一個實施方式中，由于在透明導體和將導 體連接到聚合物基材的分散劑之間存在的強共價鍵，透明導體的良好 耐久性得以實現。該化學鍵合有效地將透明導體材料和聚合物基材整 合在一起，并且確保透明導體系統的良好穩定性，即使兩個組分(透明 導體和聚合物基材)具有非常不同的機械、物理和化學性質也是如此。