[發(fā)明專利]透明導(dǎo)電膜及其形成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110461274.7
• 申請日: 2011-12-26
• 公開（公告）號: CN103137238A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭信良;黃承鈞;黃淑娟
• 申請（專利權(quán)）人: 財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)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(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是涉及含有碳材的透明導(dǎo)電膜，更特別涉及具有可穩(wěn)定提升碳材導(dǎo)電膜的導(dǎo)電性的結(jié)構(gòu)的透明導(dǎo)電膜及其形成方法。

背景技術(shù)

納米碳管自1991年由Ijima發(fā)現(xiàn)以來即因其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，在各應(yīng)用領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿ΓT如電磁波遮蔽與靜電消散的導(dǎo)電添加應(yīng)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(dǎo)熱材料等，皆為關(guān)鍵的核心材料之一。近期銦錫氧化物(tin-doped?indium?oxide、ITO)透明導(dǎo)電氧化物的價(jià)格不斷飆漲及其在大尺寸制程上的限制，加上軟性電子產(chǎn)業(yè)的興起，納米碳材的高導(dǎo)電度、低可見光吸收度，甚至高機(jī)械強(qiáng)度的特性使其在可撓式透明導(dǎo)電膜的應(yīng)用開發(fā)日益重要。以納米碳管為例，目前納米碳管透明導(dǎo)電膜的導(dǎo)電特性主要決定于納米碳管本質(zhì)導(dǎo)電度、碳管分散性以及網(wǎng)絡(luò)堆棧結(jié)構(gòu)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(dǎo)電度差異可高達(dá)數(shù)個(gè)數(shù)量級。為達(dá)較佳薄膜導(dǎo)電特性，仍需選擇較高純度的單層或雙層納米碳管。為進(jìn)一步提升透明導(dǎo)電膜的特性，除了進(jìn)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(dǎo)電氧化物等材料進(jìn)行復(fù)合外，目前的主流為利用化學(xué)摻雜改善納米碳材導(dǎo)電膜的導(dǎo)電特性。

Nature，388，255(1997)文獻(xiàn)在真空中以鉀金屬蒸氣與鹵素(Br₂)蒸氣對碳管導(dǎo)電膜進(jìn)行化學(xué)摻雜，可大幅降低碳管電阻，但大部分的產(chǎn)物在空氣中不甚穩(wěn)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(jìn)行摻雜，I₂會先分解為I⁺與I₃^-并與碳管產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移。經(jīng)摻雜處理的碳管薄膜面電阻可降1個(gè)數(shù)量級以上，且穩(wěn)定性較其它鹵素?fù)诫s為高。

J.Am.Chem.Soc.127，5125(2005)與Appl.Phy.Lett.，90，121913(2007)文獻(xiàn)將納米碳管透明導(dǎo)電膜直接以SOCl₂與濃HNO₃進(jìn)行處理，除了可協(xié)助移除表面分散劑以達(dá)碳管網(wǎng)絡(luò)致密化的功效外，也可進(jìn)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(wěn)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(jìn)行反應(yīng)以改變碳管電性，所使用的氧化劑包括有機(jī)氧化劑、有機(jī)金屬絡(luò)合物、或π電子受體以及銀鹽等。美國專利2008001141使用具有強(qiáng)拉電子基的有機(jī)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(jié)構(gòu)，以提升碳管導(dǎo)電層的導(dǎo)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(tuán)的芳香族與脂肪族有機(jī)溶劑，如何改變單層納米碳管的電子組態(tài)，得知具有拉電子基的溶劑可提升導(dǎo)電特性。

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

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(diǎn)的強(qiáng)拉電子基團(tuán)分子，對碳管進(jìn)行p型摻雜。由于摻雜物揮發(fā)性較低，使薄膜導(dǎo)電度在常溫的穩(wěn)定時(shí)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(jìn)行p型摻雜，因OA為不具揮發(fā)性的金屬鹽類，因此具有穩(wěn)定的摻雜效應(yīng)。

美國專利早期公開2010099815提出將具有拉電子基團(tuán)(如TCNQ)以共價(jià)鍵固定于高分子側(cè)鏈，預(yù)期可穩(wěn)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(dǎo)電特性。