[發明專利]透明導電膜及其形成方法

有效

• 申請號: 201110461274.7
• 申請日: 2011-12-26
• 公開（公告）號: CN103137238A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 郭信良;黃承鈞;黃淑娟
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: H01B1/04
• 分類號: H01B1/04;H01B1/18;H01B1/24;H01B5/14;H01B13/00
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國

技術領域

本發明是涉及含有碳材的透明導電膜，更特別涉及具有可穩定提升碳材導電膜的導電性的結構的透明導電膜及其形成方法。

背景技術

納米碳管自1991年由Ijima發現以來即因其獨特的物理化學性質，在各應用領域極具發展潛力，諸如電磁波遮蔽與靜電消散的導電添加應用、儲能元件(如鋰二次電池、超高電容器及燃料電池等)電極、吸附材、催化劑載體及導熱材料等，皆為關鍵的核心材料之一。近期銦錫氧化物(tin-doped?indium?oxide、ITO)透明導電氧化物的價格不斷飆漲及其在大尺寸制程上的限制，加上軟性電子產業的興起，納米碳材的高導電度、低可見光吸收度，甚至高機械強度的特性使其在可撓式透明導電膜的應用開發日益重要。以納米碳管為例，目前納米碳管透明導電膜的導電特性主要決定于納米碳管本質導電度、碳管分散性以及網絡堆棧結構的控制。不同制備方法及種類形式的碳管的電性差異極大，其薄膜導電度差異可高達數個數量級。為達較佳薄膜導電特性，仍需選擇較高純度的單層或雙層納米碳管。為進一步提升透明導電膜的特性，除了進行碳材來源篩選、純化，或是與諸如聚(3，4-二氧乙基噻吩)(poly(3，4-ethylenedioxythiophene)、PEDOT)、納米金屬及導電氧化物等材料進行復合外，目前的主流為利用化學摻雜改善納米碳材導電膜的導電特性。

Nature，388，255(1997)文獻在真空中以鉀金屬蒸氣與鹵素(Br₂)蒸氣對碳管導電膜進行化學摻雜，可大幅降低碳管電阻，但大部分的產物在空氣中不甚穩定。

美國專利6,139,919將單層納米碳管直接浸泡于熔融的碘中進行摻雜，I₂會先分解為I⁺與I₃^-并與碳管產生電荷轉移。經摻雜處理的碳管薄膜面電阻可降1個數量級以上，且穩定性較其它鹵素摻雜為高。

J.Am.Chem.Soc.127，5125(2005)與Appl.Phy.Lett.，90，121913(2007)文獻將納米碳管透明導電膜直接以SOCl₂與濃HNO₃進行處理，除了可協助移除表面分散劑以達碳管網絡致密化的功效外，也可進行納米碳管的摻雜，整體面電阻的降低也很顯著，但同樣面臨穩定性不佳的問題。

美國專利7,253,431使用單電子氧化劑先與納米碳管進行反應以改變碳管電性，所使用的氧化劑包括有機氧化劑、有機金屬絡合物、或π電子受體以及銀鹽等。美國專利2008001141使用具有強拉電子基的有機物作為摻雜物如2，3，5，6-四氟-7，7，8，8-四氰對醌二甲烷(2，3，5，6-Tetrafluoro-7，7，8，8-Tetracyano?quino-dimethane，TCNQ-F4)，摻雜納米碳管分散液形成的堆棧結構，以提升碳管導電層的導電特性。

J.Am.Chem.Soc.，130，2062(2008)則探討具有不同拉電子(electron-with?drawing)與推電子(electron-donating)基團的芳香族與脂肪族有機溶劑，如何改變單層納米碳管的電子組態，得知具有拉電子基的溶劑可提升導電特性。

Adv.Func.Mater.，18，2548(2008)文獻在經SOCl₂與HNO₃處理的碳管導電膜上涂布導電高分子層PEDOT-PSS，于室溫空氣中可穩定超過1500小時。

ACS?Nano，4，6998(2010)使用雙三氟甲烷磺酰胺(bis(trifluoromethane?sulfonyl)amine，TFSA)等具有較高沸點的強拉電子基團分子，對碳管進行p型摻雜。由于摻雜物揮發性較低，使薄膜導電度在常溫的穩定時間能得以延長。

Chem.Mater.，22，5179(2010)使用單電子氧化劑(one-electron?oxidant)如六氯銻酸三乙基氧鎓(triethyloxonium?hexachloroantimonate，OA)對碳管薄膜進行p型摻雜，因OA為不具揮發性的金屬鹽類，因此具有穩定的摻雜效應。

美國專利早期公開2010099815提出將具有拉電子基團(如TCNQ)以共價鍵固定于高分子側鏈，預期可穩定對納米碳管摻雜的效果，但高分子包覆容易降低碳管薄膜的導電特性。