[發(fā)明專利]不同長徑比銀納米線的可控制備及柔性透明電極制備方法

有效

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• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號: CN107146821B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳偉;薛清文
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/18;H01L33/42;B22F9/24;B82Y40/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 薛玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及不同長徑比銀納米線的可控制備及柔性透明電極制備方法。

背景技術(shù)

柔性透明電極可以廣泛的應(yīng)用在觸摸屏、便攜式太陽能電池、聚合物發(fā)光二極管和可穿戴電子等柔性光電器件中。目前，氧化銦錫(ITO)占據(jù)了透明電極市場的大部分份額。不過，制備ITO薄膜的磁控濺射工藝對原料的利用率低，且耗時耗能，再加上銦原料的稀缺使得ITO薄膜的價格不斷增長。另外，ITO具有陶瓷的脆性，在應(yīng)變?yōu)?-3％時，ITO就會開裂和破碎，其導(dǎo)電性就會急劇下降，極大限制了其在柔性電子器件中的應(yīng)用。近年來，銀納米線透明電極成為該領(lǐng)域的研究熱點，成為最有可能替代ITO的候選者。這主要是因為銀納米線透明電極的制備工藝采用溶液法，耗能少，成本低，而且由于納米級別的尺寸效應(yīng)具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、透光性和柔性。研究表明，銀納米線的長徑比對透明電極的光電性能有很大影響。因此，如何可控地合成出不同長徑比的銀納米線并且制備出高性能的柔性透明電極對商業(yè)化銀納米線透明電極具有重要意義。

研究發(fā)現(xiàn)，由高長徑比的銀納米線制備出的透明電極具有更優(yōu)異的光電性能。當(dāng)前，銀納米線的制備方法主要采用多元醇法，通過引入溴(鐵)離子來降低銀納米線的直徑以提高其長徑比，但是需要嚴格控制溴(鐵)離子濃度、溶液的滴加速率、反應(yīng)時間、攪拌速率等反應(yīng)條件，不利于工業(yè)化制備。并且在銀納米線的直徑下降到20nm以下時，才會顯著提高銀納米線透明電極的光電性能，而對于目前來說，制備直徑低于20nm的銀納米線仍然面臨巨大的困難。另一方面，通過制備超長的銀納米線來提高其長徑比也是一個行之有效的方法，不過在當(dāng)前的研究中，主要采用多步生長法來獲得超長的銀納米線，這種方法不僅過程冗余，而且合成出的銀納米線長度分布不均一，且直徑顯著增加，會增大透明電極的霧度。在多元醇法合成銀納米線的過程中，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的平均分子量和濃度對最終產(chǎn)物的形貌和尺寸有很大的影響。目前研究者采用大分子量的PVP已經(jīng)合成出較高長徑比的銀納米線并制備出光電性能較好的透明電極，可以初步應(yīng)用到觸摸屏、顯示器等領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是可控合成不同長徑比的銀納米線，并且低成本的制備出柔性銀納米線透明電極，實現(xiàn)對傳統(tǒng)ITO透明電極的取代和補充，并且具有反應(yīng)條件簡單，反應(yīng)時間短，制備工藝簡單，能耗低等優(yōu)點，可用于工業(yè)化批量合成和制備，并可將其應(yīng)用于柔性觸摸屏的生產(chǎn)中。

本發(fā)明所要解決的問題是不同長徑比銀納米線的可控制備及柔性透明電極的制備，主要包含PVP調(diào)控下不同長徑比銀納米線的制備與旋涂法制備銀納米線透明電極兩個部分組成。

本發(fā)明提供一種不同長徑比銀納米線的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)取硝酸銀溶解在的乙二醇溶液中，攪拌下使其完全溶解，得到溶液A；

(2)取聚乙烯吡咯烷酮、二水合氯化銅溶解在乙二醇中，得到溶液B，所述聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量為40000或58000或360000，或上述任意兩種平均分子量的聚乙烯吡咯烷酮的混合；

(3)將溶液B逐滴滴加到溶液A中獲得混合溶液，所述混合溶液中硝酸銀和聚乙烯吡咯烷酮的摩爾濃度比為1:1.5，然后將混合溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，放入烘箱并加熱到160℃，在烘箱中繼續(xù)反應(yīng)2～4h，獲得不同長徑比的銀納米線。

優(yōu)選地，所述步驟(1)通過200rpm磁力攪拌。

優(yōu)選地，獲得的銀納米線的長徑比為30～957。

本發(fā)明還提供一種利用不同長徑比銀納米線制備柔性透明電極的方法，步驟如下，

通過乙醇將獲得的銀納米線在離心機中1500轉(zhuǎn)離心5分鐘，清洗3-5次，將其分散到無水乙醇中，使銀納米線的質(zhì)量濃度為6mg/mL；

取一定量銀納米線的乙醇溶液旋涂在聚對苯二甲酸乙二醇酯表面，經(jīng)重復(fù)旋涂2-3次，室溫下自然干燥后獲得基于銀納米線的透明電極。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點：

1、本發(fā)明方法采用不同分子量的混合物作為封端劑，可以簡便地合成出不同長徑比(30-1000)的銀納米線，其長徑比最高可達到1000左右，高長徑比的銀納米線更有利于制備高性能的銀納米線透明電極。

2、通過多次旋涂的方法，可以制備出表面均勻，具有不同方阻和透明度的銀納米線透明電極，其光電性能滿足不同光電器件應(yīng)用的需求。