[發明專利]基于碳纖維的紙基柔性透明導電膜及其應用

在審

• 申請號: 202011633675.1
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112832056A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 王北亭;張澤懷;王霄飛
• 申請（專利權）人: 北京碧巖特種材料有限公司
• 主分類號: D21H27/00
• 分類號: D21H27/00;D21H13/50;D21H15/02;D21H11/12;D21H21/14;D21H17/66;H01B5/14
• 代理公司: 北京智橋聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11560
• 代理人: 涂華明

本發明公開了一種基于碳纖維的紙基柔性透明導電膜及其應用，即利用短切碳纖維(日本東邦人造絲產3K碳纖維、短切3mm)與純棉纖維混合濕法抄造制取可導電的紙張；繼而對紙張纖維勻整化處理(30％純堿溶液處理24小時)，使碳纖維在紙張中形成均勻的網格，同時由于棉纖維的膨脹過程，增加了透明劑的滲透性；對紙張真空輔助浸漬透光劑，排除紙頁中的空氣，使透光劑充分浸潤紙張，獲得良好的透光效果。通過上述方式，本發明能夠使紙張兼有了導電性和透光性(透光率70％)的雙重性能，從而可以用于透明導電電極材料使用，在光伏電池、冷光片、觸摸屏等領域具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及新材料領域，特別是涉及一種透明柔性導電膜材料及其應用。

背景技術

透明導電膜(transparent conductive film，簡稱TCF)，又稱透明電極，最主要的應用是代替氧化銦錫(indium tin oxide-ITO)膜，還有其他鋁摻雜氧化鋅(aluminiumdoped zinc oxide-AZO)膜等。

透明導電膜在高透光下同時具有導電性，是光電領域中不可或缺的重要工業基礎材料。隨著光電子器件逐漸向大尺寸、輕薄、柔性、低成本方向發展，對高性能的柔性及可拉伸透明導電膜的需求增長迅速。

如今，透明電極大多數都是由ITO制成。相對于玻璃而言，ITO具有高達92％的透明度。雖然ITO薄膜高度透明，但是它必須經過仔細地處理從而實現可重現的特性。此外，ITO又硬又脆，遭受彎曲時容易破裂，不太適合柔性電子產品。

柔性電子崛起的產業趨勢已日趨明朗，柔性顯示器、柔性照明、柔性太陽能電池、柔性傳感器等產品已經逐漸從實驗室走向市場。在市場需求的拉動下，具有可撓性、高光穿透度、高導電度的軟性透明導電膜是許多柔性光電產品的基礎。因此，柔性透明導電膜將會成為柔性光電產品的戰略性材料。

理論上一種材料同時具有高光穿透率、高導電率與可撓曲特性比較困難。近年來，軟性透明導電膜的研究趨勢是：在透過材料設計如金屬薄膜、氧化物/薄金屬/氧化物(Dielectric/thin Metal/Dielectric，Dacron/Mylar/Dacron-DMD)復合材料結構、摻雜具共軛鍵的有機導電高分子(Organic Conductive Polymer)；具有導電性的導電碳材料，如石墨烯(Graphene)、碳納米管(Carbon Nanotube，CNT)；或是設計肉眼看不到網格的結構如金屬網格(Metal Mesh)、金屬網絡(Metal Web)，都可制成軟性透明導電膜。

但利用這些材料，量產制程的復雜度與軟性透明導電膜的成本息息相關，薄金屬膜與氧化物/金屬薄膜/氧化物都是真空鍍膜制程，設備與制造成本最高；納米碳管、石墨烯的干式轉移制程特殊，須要開發新的設備；蝕刻法的金屬網格，曝光、顯影、蝕刻、剝膜的黃光設備昂貴；印刷法的金屬網格將黃光圖案化的制程以印刷來取代，預計可以再簡化圖案化設備投資，但是須增加低溫燒結的制程與設備；涂布型納米碳管涂布成膜后須做摻雜處理，石墨烯在氧化石墨烯涂布成膜后須還原處理，設備與制造成本都很高。

發明內容

為了實現ITO薄膜高度透明，必須經過仔細地處理從而實現可重現的特性，而且ITO又硬又脆，遭受彎曲時容易破裂，不太適合柔性電子產品，為了解決上述問題，并且同時解決新設計材料量產制程的復雜度與軟性透明導電膜的成本息息相關的問題，本發明提供一種基于碳纖維的紙基柔性透明導電膜材料的工藝過程及其制造技術。

本發明采用的一個技術方案是，一種基于碳纖維的紙基柔性透明導電膜，所述導電膜是由下述方法制得的：(1)將純棉漿粕與短切碳纖維混合打漿，經造紙機濕法抄造紙頁成型，獲得導電紙；(2)將導電紙進行纖維勻整化處理；(3)透光處理，采用真空輔助浸漬透光劑。