[發明專利]銅納米線和聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)復合柔性透明電極及其制備方法

有效

• 申請號: 201310222468.0
• 申請日: 2013-06-05
• 公開（公告）號: CN103440896A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 馬延文;陳劍宇;周偉新;張自強;濮丹鳳;黃維
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01B1/12
• 分類號: H01B1/12;H01B1/02;H01B5/14;H01B13/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及一種銅納米線和導電聚合物復合柔性透明電極及其制備方法。

背景技術

透明導電薄膜是許多光電子器件的重要組成部分，例如平板顯示器，有機太陽能電池，有機發光二極管（OLED)，智能窗等。銦錫氧化物（ITO）由于它的高電導率和透光率，已經成為透明導電薄膜的主要材料。然而，ITO也存在著一些缺點，例如原材料銦價格的不斷上漲，制備費用昂貴，除此之外ITO材料一旦彎曲，會使它的導電性能大幅下降。因而開發可替代ITO的新材料成為極為重要的研究課題。以導電聚合物，金屬納米材料，碳納米管和石墨烯為代表的新材料展現出良好的發展潛力，其中銀、銅納米線在導電性等方面具有一定優勢。銅納米線除具有優良的導電性之外，還具有優異的透光性、耐曲撓性且制備成本低廉。因此被視為最具潛力的柔性透明電極材料之一。采用銅納米線制備透明導電薄膜是一條理想的發展途徑。此外由于銅納米線的大長徑比效應，使其在導電膠、導熱膠等方面的應用中也具有突出的優勢。但是銅納米線在制備、后期保存和加工過程中易于被氧化，它的薄膜電阻會隨著在空氣中暴露時間而增加，相應的它的電導率也會隨著在空氣中暴露的時間增加而變大。因此如何解決這一瓶頸對于其走向應用具有重要的意義。

納米銅的制備方法按反應條件可分為化學還原法、微乳液法、模板法、電化學法、微波輔助或超聲輔助法、輻射還原法、水熱法。化學還原法是作為制備銅納米材料的首選方法之一。新加坡國立大學研究人員提出由水相合成銅納米線的實驗方法（J.Am.Chem.Soc.2003,125,2697-2704）。上海師范大學研究人員發明了一種大量制備超長銅納米線的方法（中國專利，申請號：201210323822.4）。常州大學研究人員發明了銅納米線與石墨烯復合結構的實驗方法（中國專利，申請號：201110057896.3）。美國杜克大學的研究組發明了在水溶液中大量制備銅納米線的方法，獲得了薄膜電阻值在30Ω/sq，透光率為85%的透明電極。（Adv.Mater.2011,23,4798–4803）。

聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)（PEDOT：PSS）薄膜是典型的聚合物導電薄膜，經常作為分散劑或粘結劑與碳納米管（中國專利，申請號：200510101253.9）和銀納米線（中國專利，申請號：201110394764.X）等納米材料復合用于導電薄膜制備，或直接用于電極界面修飾層（中國專利，申請號：201210115258.7）。本發明利用PEDOT：PSS作為銅納米線的保護劑、粘結劑和導電添加劑，制備出銅納米線和PEDOT：PSS復合透明導電薄膜。該發明不僅解決了銅納米線薄膜易氧化、糙度大和粘附力差這些問題，還展現出銅納米線和PEDOT：PSS聚合物的電荷傳輸的協同效應，大幅提高了薄膜的電導率。

發明內容

本發明的目的是為了獲得可替代ITO材料的透明導電柔性電極。本發明提出銅納米線薄膜和PEDOT：PSS薄膜通過復合而形成的柔性透明電極，其特征在于這種復合結構有效地解決了銅納米線薄膜易氧化、糙度大和粘附力差的問題，并展現出導電方面的協同效應，復合薄膜的導電性優于銅納米線透明導電薄膜或PEDOT：PSS透明導電薄膜。還展現出銅納米線和PEDOT：PSS聚合物的電荷傳輸的協同效應，大幅提高了薄膜的電導率。

技術方案：本發明是通過下述技術方案實現的：

①?利用聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚酰亞胺（PI）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或聚碳酸酯（PC）為透明聚合物柔性襯底。

②?將銅納米線均勻分散在水、乙醇、異丙醇或氮氮二甲基甲酰胺（DMF）溶劑中，采取噴涂、旋涂、自組裝、噴墨打印或絲網印刷方式在聚合物基板上制備銅納米線薄膜。銅納米線薄膜的厚度在5～300nm之間。

③?將PEDOT：PSS溶解在水或乙醇溶液中，采取噴涂、旋涂、自組裝、噴墨打印或絲網印刷方式在銅納米線薄膜上復合PEDOT：PSS薄膜。銅納米線和PEDOT：PSS復合薄膜的厚度在5～500nm之間。銅納米線和PEDOT：PSS的質量比在1/99～99/1之間。

④?將銅納米線和PEDOT：PSS混合溶解在水或乙醇溶液中，采取噴涂、旋涂、自組裝、噴墨打印或絲網印刷方式在聚合物基板上制備銅納米線和PEDOT：PSS復合薄膜。銅納米線和PEDOT：PSS復合薄膜的厚度在5～500nm之間。銅納米線和PEDOT：PSS的質量比在1/99～99/1之間。

⑤?用銅納米線和PEDOT：PSS復合柔性透明電極代替ITO用于OLED、液晶觸摸屏和太陽能電池等器件。

有益效果：