[發明專利]一種可用于智能液晶調光膜的新型電極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201410791140.5
• 申請日: 2014-12-19
• 公開（公告）號: CN105761774A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 趙慶生;王麗霞;劉騰蛟;李麗坤;胡源
• 申請（專利權）人: 北京生美鴻業科技有限公司;江蘇天貫碳納米材料有限公司
• 主分類號: H01B1/04
• 分類號: H01B1/04;H01B13/00
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技術領域

本發明涉及一種以天然石墨烯制備的石墨烯透明電極材料及其制備方法，尤其是一種應用于液晶體系的智能電致調光膜器件的電極材料及其制備方法。

背景技術

智能調光膜是一種光電器件，它是通過電信號的輸入從而改變調光膜的透光率、霧度等光學參數的器件。其常被應用在建筑外墻、房產裝飾、汽車玻璃、汽車后視鏡、投影幕墻、辦公場所、公共娛樂設施等領域。以智能調光膜的最典型應用如建筑物上的智能窗為例，智能調光膜通過貼付、夾合等方式與建筑玻璃結合，通過向調光膜上輸入電信號從而調節從玻璃窗體入射的光線強度，從而達到節能的目的。

通常智能電致調光膜器件，是由兩個透明導電電極材料層和中間夾合的光線調節層構成。目前廣泛應用的電極材料是氧化銦錫（ITO）電極，其基本結構為透明基底上附著一層ITO導電材料。但是目前智能調光膜仍然很難在市場上大面積推廣，原因在于作為調光膜核心部分的ITO透明導電電極材料還存在著諸多問題：一、ITO的主要成分銦為稀缺資源且價格昂貴,原材料成本較高，建筑材料難以承受其成本；二、ITO導電層的加工大多通過濺射、蒸鍍等方法實現不僅能耗高而且原材料浪費嚴重，故其工藝制造成本也極其高昂；三、ITO是一種氧化物半導體材料，脆性大難于實現彎曲、折疊等功能，阻礙其在智能窗技術中的進一步應用；四、ITO的反射率偏高，且保存時容易因光照引起變黃。

而新興的ITO替代材料石墨烯作為一種二維碳納米材料，其厚度只有0.34納米，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；常溫下其電子遷移率超過15000cm²/V·s，而電阻率只約10^-8Ω·m，比銅或銀更低，為世界上電阻率最小的材料。石墨烯透明導電電極材料具備了ITO無可比擬的優勢和性能，并且碳元素在自然界中極為豐富，使得石墨烯的原材料成本也相當低廉。理論上，石墨烯是替代ITO的最佳方案。

不過，到目前為止，石墨烯透明導電電極還沒有成功應用在智能調光膜領域。一個主要原因便是目前工業界普遍采用CVD法制備石墨烯透明導電膜，雖然其原材料成本較低但其制造成本極為高昂，故其難以應用在調光膜上。發明CN103760722A公布了一種以石墨烯作為電極的調光膜及其制備方法，但是由于智能調光膜是建立在以CVD法制備的石墨烯透明導電電極的基礎上的，高昂的制造成本使得其難以有商業化和實用化的價值。

發明內容

為了解決石墨烯透明導電電極低成本化的問題，本發明提出一種以自然界中已經存在的天然石墨烯為原料低成本制備石墨烯透明導電電極的方法，該電極材料的性能完全適用于柔性智能液晶調光膜，并且其低廉的制造成本也完全符合柔性智能液晶調光膜的大規模應用。

本發明所采取的技術方案為:

一種柔性智能調光膜器件用電極材料,所述電極材料是由天然石墨烯構成的透明導電薄膜，該薄膜至少由石墨烯導電層和襯底層組成,任選的還包含功能層，所述智能調光膜器件指基于液晶材料的電致調光膜器件。

所述天然石墨烯是指其中石墨烯的基本結構是在自然界中經過長期的地質演化而自然形成的石墨烯結構，包括天然石墨、煤炭和/或石油中存在的石墨烯結構。

所述天然石墨烯優選天然石墨。所述石墨烯導電層，其特征在于所述石墨烯導電層是由大量天然石墨烯薄片在襯底上鋪展、堆疊、相互連接而形成的石墨烯導電層；所述石墨烯薄片相互連接形成導電層的連接方式包括點連接、線連接、面連接、三維連接或前述連接方式的混合。所述功能層是保護層、增透層、防眩光層、阻隔層、粘結層中的任意一種或多種。

所述襯底層是透明的柔性襯底層，包括聚碳酸酯、硅膠、聚氯乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸、玻璃樹脂、聚丙烯、含氟聚合物、聚酰亞胺、聚酰胺、聚醚醚酮樹脂、聚降冰片烯、聚酯、聚乙烯化合物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、硅膠或上述聚合物的共聚物、混合物及其組合。所述襯底層優選為聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）。所述透明導電薄膜在550nm可見光區域透光率為60-95%，面電阻為0.2-30KΩ/□。

一種柔性智能調光膜器件用電極材料的制備方法，以富含天然石墨烯的材料為原料，采用化學剝離法、物理剝離法或其組合方式將其中的石墨烯材料剝離出來，形成石墨烯分散液，再將石墨烯分散液涂布在柔性襯底上。