[發(fā)明專利]氣相聚合聚3,4-乙撐二氧噻吩和石墨烯疊層柔性透明電極的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410055227.6
• 申請日: 2014-02-18
• 公開（公告）號: CN103824615A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬延文;張自強(qiáng);馮曉苗;周偉欣;黃維
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: H01B5/14
• 分類號: H01B5/14;H01B1/12;H01B1/04;H01B13/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氣相聚合聚3,4-乙撐二氧噻吩和石墨烯疊層柔性透明電極,屬于柔性透明電極制造的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

透明導(dǎo)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(jī)太陽能電池，有機(jī)發(fā)光二極管（OLED)，智能窗等，最常見的透明電極材料是銦錫氧化物（ITO）。雖然，銦錫氧化物(ITO)由于它的低的方阻和較高的透光率，已經(jīng)成為透明導(dǎo)電薄膜的主要材料。但是使用ITO也存在許多缺點(diǎn)：（1）銦的價格不斷上漲；（2）它們的非柔性特性無法滿足柔性器件的要求；（3）ITO膜彎曲后它的導(dǎo)電性能會有大幅度的下降；（4）在近紅外區(qū)透明性能不好。由于這些原因，尋找可以代替ITO材料的新材料的研究不斷進(jìn)行。

可以替代該材料的新材料主要有碳納米管、石墨烯、導(dǎo)電聚合物、金屬納米材料。其中導(dǎo)電聚合物主要是聚3,4-乙撐二氧噻吩（PEDOT），由于PEDOT可以直接在襯底上制備成膜，省去了選用噴涂、旋涂、邁耶棒等輔助工具成膜的步驟。目前直接在襯底上制備PEDOT主要有濕法化學(xué)氧化聚合、電化學(xué)聚合、氣相聚合。特別是氣相聚合PEDOT（VPP-PEDOT),不僅可以獲得透光率高、導(dǎo)電性好、均勻性好的高質(zhì)量柔性透明導(dǎo)電薄膜，而且反應(yīng)時間極短，只需10-30min。韓國的漢陽大學(xué)制備出VPP-PEDOT膜厚為300nm，薄膜電阻為200Ω/sq薄膜（SyntheticMetals,2003,139,485–489）。美國紐約州立大學(xué)賓漢姆頓大學(xué)的研究人員制備出透光率為94%,電導(dǎo)率為600S/cm的高質(zhì)量VPP-PEDOT薄膜（SyntheticMetals,2011,161,1159–1165）。澳大利亞的南澳大學(xué)通過真空制備出VPP-PEDOT電導(dǎo)率高達(dá)1485S/cm（Thin?SolidFilms，2011,519,2544-2549）。

PEDOT除了可以直接作為導(dǎo)電膜外，還可以與其他導(dǎo)電薄膜復(fù)合，構(gòu)建復(fù)合導(dǎo)電薄膜。基于這一特點(diǎn)，PEDOT可與石墨烯形成復(fù)合薄膜，這樣可以有效地把PEDOT的均勻?qū)щ娦蕴攸c(diǎn)和石墨烯晶疇（化學(xué)沉積法制備的石墨烯膜由大量的單晶石墨烯晶疇構(gòu)成）的高電導(dǎo)率。電子科技大學(xué)通過溶液和電化學(xué)方法獲得PEDOT和石墨烯的復(fù)合薄膜（CN201310279461，CN201310296805）。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明提出一種氣相聚合聚3,4-乙撐二氧噻吩和石墨烯疊層柔性透明電極的方法，是一種VPP-PEDOT薄膜和石墨烯薄膜通過疊層而形成的柔性透明電極，這種疊層結(jié)構(gòu)既具有明顯的薄膜界面又實(shí)現(xiàn)了VPP-PEDOT薄膜和石墨烯薄膜在二維尺度上的連接，能產(chǎn)生二者的協(xié)同效應(yīng)，性能優(yōu)于其中任一薄膜。

技術(shù)方案：本發(fā)明的氣相聚合聚3,4-乙撐二氧噻吩和石墨烯疊層柔性透明電極通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，

所述柔性透明電極由氣相聚合聚3,4-乙撐二氧噻吩薄膜和石墨烯薄膜通過疊層結(jié)構(gòu)附著在透明聚合物襯底上而構(gòu)成。

氣相聚合聚3,4-乙撐二氧噻吩薄膜和石墨烯薄膜的疊層結(jié)構(gòu)表示為：

VPP-PEDOT表示氣相聚合的聚3,4-乙撐二氧噻吩薄膜；G表示為石墨烯薄膜；n=1-10，表示為層數(shù)。

VPP-PEDOT薄膜的厚度為5-300nm。

石墨烯薄膜包括化學(xué)氣相沉積制備的石墨烯薄膜或由氧化石墨烯還原制備的石墨烯薄膜。

氣相聚合聚3,4-乙撐二氧噻吩薄膜通過氣相聚合的方法制備。

本發(fā)明的氣相聚合聚3,4-乙撐二氧噻吩和石墨烯疊層柔性透明電極的制備方法具體如下：

①將聚對苯二甲酸乙二醇酯PET透明聚合物柔性襯底任一外層保護(hù)膜去除在氧等離子體中處理2-5min；

②將均勻分散在正丁醇中的氧化劑、抑制劑旋涂到處理好的PET上，然后將PET在70℃的加熱板上加熱60s烘干正丁醇；

③將PET放到聚合反應(yīng)釜中并在表面氣相聚合PEDOT薄膜，聚合結(jié)束后在乙醇中清洗10min用來洗去多余的氧化劑并用氣槍吹干，然后再用乙醇清洗并烘干，最后將上述薄膜在加熱板上60℃加熱30min；得到VPP-PEDOT薄膜；

④將采用化學(xué)氣相沉積生長的或者化學(xué)氧化法制備的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到VPP-PEDOT薄膜上，在VPP-PEDOT薄膜上疊加石墨烯薄膜；

⑤最后制備出形式結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜，其中n＝1，獲得所述柔性電極。

所述的氧化劑為：對甲苯磺酸鐵六水合物或六水合三氯化鐵。

所述的抑制劑為：吡啶。