[發明專利]含石墨烯的柔性透明導電薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201510946965.4
• 申請日: 2015-12-16
• 公開（公告）號: CN105390183A
• 公開（公告）日: 2016-03-09
• 發明（設計）人: 李靜;袁茜茜;馮慶康;甘靈珠;姜志遠;楊俊和
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: H01B5/14
• 分類號: H01B5/14;H01B13/00
• 代理公司: 上海脫穎律師事務所 31259
• 代理人: 脫穎

技術領域

本發明總體涉及含石墨烯的柔性透明導電薄膜及其制備方法。

背景技術

目前，透明導電薄膜最常用的材料是ITO(氧化銦錫)導電玻璃，被廣泛應用于薄膜光伏電池、觸摸屏、LCD面板、電子紙顯示器以及電致發光板中，具有低阻值，可見光區的高透光率等特點。CN200810180006.6、CN200810063399.2、CN201010225932.8、CN201010162968.6等涵蓋了ITO薄膜的制備技術。然而，ITO是一種脆性材料，而且銦元素資源稀少。尤其是可穿戴電子設備的發展，提出了對柔性透明導電薄膜的需求。

石墨烯做為一種單原子層的片層狀納米材料，具有高導電性、高柔性、高透光率的特點。因此，現有技術CN201210060008.8、CN201210024680.1、CN201010292705.7、CN201010165599.6、CN201310261713.9、CN201310147338.5、CN201510501789.3、CN201210235187.4、CN201410511439.0、CN201510288593.0、CN201510227685.8提出了制備石墨烯透明導電薄膜及其方法。然而，無論是由化學氣相沉積法，氧化還原法還是其它方法制備的石墨烯。由于石墨烯本身的晶體缺陷以及石墨烯片層間的接觸電阻，石墨烯薄膜的導電性受到了限制。此外，相關的制備方法如化學氣相沉積、高溫熱還原石墨烯等還有低產量、高能耗、步驟復雜等缺點。

在此基礎上，人們提出了制備含石墨烯的復合透明導電薄膜，以彌補純石墨烯薄膜的不足。現有技術CN201210059822.8將少量石墨烯通過原位聚合的方法摻雜在聚酰亞胺中獲得導電薄膜；CN201510403045.8制備了石墨烯、聚合物以及銀納米線的三元復合透明導電薄膜。然而，以上兩發明的導電薄膜都基于有機溶劑的分散體系。CN201310269493.4、CN201410170163.4采用化學氣相沉積法制備石墨烯，將石墨烯轉移并與一層導電聚合物相鄰的方式制備復合透明導電薄膜；CN201310309784.1通過將導電聚合物與高溫還原的氧化石墨烯復合并進行噴涂成膜制得導電薄膜。

因此，存在這樣的需求：采用不含有機溶劑的導電涂覆液，即在環保的水性分散體系中，以更低能耗、更便捷的方法制備低阻值、高透光率和穩定的柔性透明導電薄膜。

發明內容

本發明的目的在于提供一種柔性透明導電薄膜技術，其能夠克服現有技術存在的某種或某些缺陷。

根據本發明的第一方面，提供了一種用于涂覆在柔性基底上以形成柔性透明導電薄膜的導電涂覆液。該導電涂覆液由含氧化石墨烯的A組分和含親水聚合物的B組分所組成，其中A組分中所含的氧化石墨烯的質量與其和B組分中所含的親水聚合物的總質量之比為0.4％～90％，并且導電涂覆液的固含量低于1％。

根據本發明的導電涂覆液，A組分中所含的氧化石墨烯的質量相對于A組分中所含的氧化石墨烯與B組分中所含的親水聚合物的總量(總質量)之比優選為10％～70％，更優選為20％～50％。

根據本發明的導電涂覆液，A組分還可以包含分散劑，分散劑與氧化石墨烯的質量比為4％～50％，優選為10％～50％，更優選為20％～50％。分散劑可以選自非離子型表面活性劑例如曲拉通，或選自陰離子型表面活性劑例如十二烷基苯磺酸鈉。選用本發明的這種表面活性劑作為分散劑可以很好地促進氧化石墨烯在導電涂覆液中的分散。

根據本發明的導電涂覆液，A組分還可以包含還原劑，還原劑與氧化石墨烯的質量比為5％～50％，優選為10％～30％。還原劑可以選自水合肼、碘化氫、濃氨水、二甲肼、硼氫化鈉、硼氫化鉀、維生素C和葡萄糖，優選為水合肼。

根據本發明的導電涂覆液，B組分還可以包含導電促進劑，導電促進劑與親水聚合物的質量比為4％～6％。導電促進劑可以為二甲基亞砜。

根據本發明的導電涂覆液，B組分還可以包含成膜促進劑，成膜促進劑與親水聚合物的質量比為1％～3％。成膜促進劑可以是甘油或乙二醇，優選為乙二醇，以改善導電涂覆液在基底上的流平性和鋪展性。

根據本發明的導電涂覆液，A組分中所含的氧化石墨烯優選以改良Hummer’s方法制備的氧化石墨烯水溶液的形式提供，濃度優選為2～5mg/ml。親水聚合物可以選自聚酰亞胺、聚吡咯、聚乙撐二氧噻吩、反式聚乙炔、聚-3己基噻吩、聚噻吩、聚苯和聚對苯乙炔等導電性良好的高分子材料，優選為聚噻吩。