[發明專利]石墨烯和金屬納米線復合的導電膜、制備方法及其用于制備透明導電膜的用途

在審

• 申請號: 201210153595.5
• 申請日: 2012-05-15
• 公開（公告）號: CN103426494A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 李維實;趙福剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海有機化學研究所
• 主分類號: H01B1/02
• 分類號: H01B1/02;H01B1/04;H01B5/14;H01B13/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 鄔震中

技術領域

本發明涉及一種可用于制備透明導電膜的復合導電膜、制備方法以及用于制備透明導電膜的用途。?

背景技術

透明導電膜是一類兼有透明性和導電性雙重功能的膜材料，廣泛應用于光電器件領域，如平板顯示器、發光二極管、觸摸控制屏、低輻射視窗、以及薄膜太陽能電池等。目前，商品化的透明導電薄膜主要是基于氧化銦錫（ITO）材料，通過磁控濺射沉積在玻璃或透明聚合物基底上制得的，具有較低的表面方塊電阻（Rs~10Ω/□）和較高的可見光透過率（550nm下光透過率>80%）。但是，ITO中所用的金屬銦是稀缺元素，自然儲量有限，即將消耗殆盡，更不用說隨著近期平板顯示、觸摸屏和薄膜太陽能電池組件市場的快速擴張，更加劇了這一趨勢。這些因素導致了ITO價格高昂，在近幾年更是節節攀升，在2002至2010年間漲了近八倍。此外，ITO材料質硬性脆，不耐彎曲；成熟的制備方法需要高真空條件，設備要求高，效率低(如磁控濺射法的效率僅為30％)，不利于在大面積和柔性薄膜器件中的應用。因此，開發一種不受資源控制，價廉易得，高性能的透明導電材料及其導電膜的制備方法對于光電器件領域的可持續發展至關重要，具有重大的科學、經濟和社會意義。?

迄今為止，已有開發出多種可用于制備透明導電膜的材料體系，比如Al摻雜的ZnO材料(AZO)、碳納米管、石墨烯、導電高分子、金屬納米線等。但是，基于這些材料體系制備的透明導電膜的綜合性能還不能和ITO膜相媲美。比如，AZO膜具有較好的透明度和較低的表面方塊電阻，但是和ITO材質一樣同樣存?在硬脆和需要高設備條件等弱點，更重要的是其化學和環境穩定性較差。碳納米管和石墨烯是碳納米材料的典型代表。碳納米管是一維導電的材料，有金屬性和半導體性之分。目前的制備方法基本得到的是金屬性和半導體性混雜的碳納米管，兩者難以分離，導致體系復雜，表面方塊電阻較大。而且，一般制備得到的碳納米管相互纏結在一起，需要通過物理或化學的方法將其分離，才能制備獲得透明的導電膜。石墨烯是單原子層厚二維平面性碳材料，具有非常優異的電學性能和透明性，室溫下具有極高的雙極性載流子遷移率。理想的大面積連續石墨烯單層膜具有很好的導電性和透明度，但目前還沒有技術可以制備獲得。因此，目前用于透明導電膜制備的石墨烯是通過基于化學沉積法制備、化學氧化還原法、溶液法剝離制備的，單片層尺寸都在微米級以下。因此，石墨烯透明導電膜基本上需要通過石墨烯片層間相互配合而導電的，由于片層間存在較大缺陷，接觸電阻大，導致石墨烯的透明導電膜同時難以實現較低的表面方塊電阻和較高的透明度。比如，公開的專利（公開號CN101859858，CN101901640A）中所描述的石墨烯透明電極當光透過率大于80％時，表面方塊電阻都大于1kΩ/□。最近，基于金屬納米線的研究成果是此領域的重大突破。基于Ag納米線的透明導電膜，可以實現80％的550nm下光透過率，同時表面方塊電阻低于50Ω/□(Can-Zhong?Lu,et?al.Adv.Mater.2010,22,4484;John?C.Mello,et?al.Adv.Mater.2011,23,4371;Yi?Cui,et?al.ACS?Nano?2010,4,2955;Jonathan?N.Coleman,et?al.ACS?Nano2009,3,1767.)。但是，Ag本身也是一種貴金屬，價格成本高。而較廉價的Cu納米線透明導電膜，當550nm光透過率為80%時，表面方塊電阻為50-100Ω/□或者更高(Benjamin?J.Wiley，et?al.Adv.Mater.2010,22,3558；Adv.Mater.2011,23,4798.)，不能滿足實際應用。因此，尋找一種性能和ITO膜相當，同時價格低廉的透明導電膜是此領域具有挑戰性的課題。?

發明內容

針對上述技術現狀和技術難題，本發明首先提供一種性能優異的可用于制備透明電極導電膜的復合導電膜。?

本發明其次提供上述復合導電膜的簡單易行的制備方法。?

本發明還提供上述復合導電膜的用途。?

本發明首先提供一種性能優異的可用于制備透明電極導電膜的復合導電膜，由兩種或兩種以上價廉易得的導電材料溶液復合而成的，其中一種或一種以上是具有二維平面導電能力的導電材料，典型代表是石墨烯，另一種或一種以上是具有一維導電能力的金屬納米線，典型代表是銅、銀和金的納米線。兩者的復合重量比為石墨烯:金屬納米線＝1:0.001~1000，優選比例為1:0.01~100。?