制備可彎曲透明導(dǎo)電電極的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子器件制備與應(yīng)用領(lǐng)域，涉及利用有機(jī)離子凝膠在柔性基底上制備的可彎曲透明導(dǎo)電電極及其制備的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]透明電極在當(dāng)代眾多電子與光電子元器件中發(fā)揮著重要的作用，是不可缺少的光電功能材料。但是，該領(lǐng)域無(wú)論是在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用還是基礎(chǔ)研宄方面，都到了升級(jí)換代的關(guān)鍵時(shí)亥IJ。一方面，作為當(dāng)前市場(chǎng)的主導(dǎo)透明電極材料，氧化銦錫(ITO)已經(jīng)遭遇了銦資源枯竭、真空磁控濺射耗能昂貴的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。另一方面，當(dāng)前的元器件正由傳統(tǒng)的硬質(zhì)芯片向柔性、彈性、可穿戴器件過渡，這方面市場(chǎng)正在爆發(fā)式增長(zhǎng)，毫無(wú)疑問就對(duì)其中的透明電極提出了新的要求。目前替代ITO透明導(dǎo)電玻璃的方式主要是利用銀納米線作為透明導(dǎo)電層，得到了研宄機(jī)構(gòu)和工業(yè)界的廣泛關(guān)注(Hu et al, AcsNano, 4:2955-2963 (2010) ；Tokuno, NanoRes, 4:1215-1222 (2011) ；Kim et al, AcsNano, 7:1081-1091 (2013).)。但是現(xiàn)存的一些合成銀納米線的方法不得不使用微乳泵緩慢滴加前驅(qū)液來減少副產(chǎn)物和獲得超長(zhǎng)的銀納米線，該工藝較復(fù)雜而且不能獲得高的產(chǎn)量，因此不適于工業(yè)化生產(chǎn)。更為重要的若銀納米線薄膜直接裸露與基底表面，很容易被硬物劃傷。另外，銀納米線長(zhǎng)時(shí)間直接暴露在空氣中，容易被硫化從而降低導(dǎo)電性。因此需要探索一種新型透明電極既可以保證高的透光性、導(dǎo)電性和可彎曲性能，又能實(shí)現(xiàn)較好的耐磨性和環(huán)境穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種利用有機(jī)離子凝膠在柔性基底上制備可彎曲透明導(dǎo)電電極的方法。該方法能夠調(diào)節(jié)離子凝膠導(dǎo)電層的電阻。
[0004]本發(fā)明中還提供了一種可彎曲透明導(dǎo)電電極，其包括透明的離子凝膠、柔性可彎曲透明聚合物薄膜；其特征在于:透明的所述離子凝膠為通過化學(xué)聚合或物理共混制備的離子凝膠，且其中均勻地混合有導(dǎo)電納米材料；所述柔性可彎曲透明聚合物薄膜作為所述可彎曲透明導(dǎo)電電極的支撐層。
[0005]本發(fā)明的在利用有機(jī)離子凝膠在柔性基底上制備可彎曲透明導(dǎo)電電極的方法通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0006]一種可彎曲透明導(dǎo)電電極的方法，包括以下步驟:
(1)將離子液體和聚合物形成透明的溶膠以制備透明的離子凝膠；
(2)在步驟(I)形成的透明的溶膠中加入導(dǎo)電納米材料繼續(xù)攪拌至均勻狀態(tài)，以調(diào)節(jié)所述透明導(dǎo)電電極的電阻；
(3)將步驟(2)形成的所述溶膠均勻涂覆在柔性可彎曲透明聚合物薄膜上；在溶膠中的溶劑揮發(fā)完全后，形成導(dǎo)電層為透明的離子凝膠、支撐層為柔性可彎曲透明聚合物薄膜的所述透明導(dǎo)電電極。
[0007]本發(fā)明中的上述步驟(I)中，通過化學(xué)聚合或物理共混形成透明的溶膠以制備透明的離子凝膠，其中:
1.1化學(xué)聚合為:離子液體和聚合物單體以一定比例溶解于溶劑中，均勻攪拌后加入單體聚合的引發(fā)劑，繼續(xù)攪拌至均勻狀態(tài)。然后在加熱狀態(tài)下反應(yīng)形成透明的溶膠。此類溶膠用于下一步制備離子凝膠透明電極。1.2物理共混為:聚合物溶于溶劑，均勻攪拌后加入離子液體，繼續(xù)攪拌形成透明的溶膠。此類溶膠用于下一步制備離子凝膠透明電極。本發(fā)明中的所述的離子液體為咪唑類、吡啶類、吡咯烷類和哌啶類離子液體中的一種或幾種。咪唑類如1- 丁基-3-甲基咪唑三氟乙酸鹽；吡啶類如N- 丁基-吡啶溴鹽姚咯烷類如N- 丁基-N-甲基吡咯烷溴鹽；哌啶類如N- 丁基-N-甲基哌啶溴鹽。
[0008]本發(fā)明中的所述的聚合物單體為丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、氯乙烯中的一種或幾種。
[0009]本發(fā)明中的所述的溶劑是水、氯仿、正己烷、甲苯、丙酮中的一種或幾種。
[0010]本發(fā)明中的所述的離子液體/溶劑的重量比例是1/1000-1000/1000。
[0011]本發(fā)明中的所述的單體引發(fā)劑是過氧化苯甲酰、過氧化二叔丁基、偶氮二異丁腈中的一種或幾種。
[0012]本發(fā)明中的所述的加熱溫度是20-90 °C。
[0013]本發(fā)明中的所述的引發(fā)劑/聚合物單體的重量比例是1/1000-5/1000。
[0014]本發(fā)明中的所述的與離子液體物理共混的聚合物是聚丙烯、聚乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、聚硅樹脂中的一種或幾種。
[0015]本發(fā)明中的所述的離子液體/聚合物(或聚合物單體)的重量比例是1/1000-1000/1000。
[0016]本發(fā)明中的所述的在柔性電極制備過程中，所用柔性可彎曲透明聚合物薄膜為聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯中的一種或多種。
[0017]本發(fā)明中的所述的改變離子凝膠層電阻的導(dǎo)電納米材料包括金屬/半導(dǎo)體納米材料，其包括金納米線、銀納米線、銅納米線、碳納米管、石墨烯薄層中的一種或多種。
[0018]本發(fā)明中的所述的離子液體/添加納米材料的重量比例是1000/1-1000/1000。
[0019]本發(fā)明提供的離子凝膠透明電極，克服了現(xiàn)有透明電極技術(shù)中成本高，工藝復(fù)雜，原料稀缺的缺陷，具有優(yōu)良的可加工性能。通過向離子凝膠中添加金屬納米材料，本發(fā)明可以調(diào)節(jié)離子凝膠導(dǎo)電層的電阻。本發(fā)明得到的離子凝膠透明電極經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)一年的放置不會(huì)損壞或者導(dǎo)電性下降，且經(jīng)過一小時(shí)的紫外光照對(duì)其形成無(wú)影響，生成的導(dǎo)電層性質(zhì)穩(wěn)定。本發(fā)明的方法操作簡(jiǎn)便、易于控制、所需設(shè)備簡(jiǎn)單、能夠大規(guī)模生產(chǎn)，該透明電極可用于制備可彎曲電子顯示器屏幕，比如手機(jī)、電腦顯示器、手表、可視化眼鏡等；也可用于制備可彎曲發(fā)光二極管或者可彎曲太陽(yáng)能電池。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的可彎曲離子凝膠透明電極的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，而不是對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行限制。
[0022]實(shí)施例1。
[0023](I)透明離子凝膠的制備方法(化學(xué)聚合)。
[0024]1-丁基-3-甲基咪唑三氟乙酸鹽和丙烯酸以1/1000重量比溶解于氯仿中(離子液體/氯仿的重量比例是1/1000)，均勻攪拌后加入單體聚合的引發(fā)劑過氧化苯甲酰(引發(fā)劑/聚合物單體的重量比例是1/1000)，繼續(xù)攪拌至均勻狀態(tài)。然后在20 °0加熱狀態(tài)下反應(yīng)形成透明的溶膠。此類溶膠用于下一步制備離子凝膠透明電極。
[0025](2)離子凝膠透明電極的制備方法。
[0026]將步驟(I)形成的透明離子溶膠均勻涂覆在柔性可彎曲聚苯乙烯透明聚合物薄膜上。在溶膠中溶劑揮發(fā)完全后，形成導(dǎo)電層為離子液體/聚合物共混物、支撐層為柔性可彎曲透明聚合物薄膜的離子凝膠透明電極。
[0027](3)調(diào)節(jié)離子凝膠透明電極電阻的方法。
[0028]由于離子凝膠的電阻為兆歐姆級(jí)別，所以可以通過加入金納米線(離子液體/金納米線的重量比例是1000/1)的方式調(diào)節(jié)離子凝膠透明電極的電阻。加入方法為在步驟
(1)形成的透明的溶膠中加入金屬/半導(dǎo)體納米材料繼續(xù)攪拌至均勻狀態(tài)。然后執(zhí)行步驟
(2)，形成離子凝膠透明電極。
[0029](4)離子凝膠透明電極的應(yīng)用。
[0030]上述制備的離子凝膠透明電極可用于制備可彎曲手機(jī)顯示器屏幕，能很好地保持穩(wěn)定狀態(tài)，電響應(yīng)時(shí)間為0.1 ms,比普通ITO的響應(yīng)時(shí)間要減少0.1 ms O
[0031]實(shí)施例2。
[0032](I)透明離子凝膠的制備方法(化學(xué)聚合)。
[0033]N- 丁基-吡啶溴鹽和甲基丙烯酸甲酯以250/1000重量比溶解于正己烷中(離子液體/正己烷的重量比例是250/1000)，均勻攪拌后加入單體聚合的引發(fā)劑過氧化二叔丁基(引發(fā)劑/聚合物單體的重量比例是2/1000)，繼續(xù)攪拌至均勻狀態(tài)。然后在40 °C加熱狀態(tài)下反應(yīng)形成透明的溶膠。此類溶膠用于下一步制備離子凝膠透明電極。
[0034](2)離子凝膠透明電極的制備方法。
[0035]將步驟(I)形成的透明離子溶膠均勻涂覆在柔性可彎曲聚丙烯透明聚合物薄膜上。在溶膠中溶劑揮發(fā)完全后，形成導(dǎo)電層為離子液體/聚合物共混物、支撐層為柔性可彎曲透明聚合物薄膜的離子凝膠透明電極。
[0036](3)調(diào)節(jié)離子凝膠透明電極電阻的方法。
[0037]由于離子凝膠的電阻為兆歐姆級(jí)別，所以可以通過加入銀納米線(離子液體/銀納米線的重量比例是1000/250)的方式調(diào)節(jié)離子凝膠透明電極的電阻。加入方法為在步驟
(1)形成的透明的溶膠中加入金屬/半導(dǎo)體納米材料繼續(xù)攪拌至均勻狀態(tài)。然后執(zhí)行步驟
(2)，形成離子凝膠透明電極。
[0038](4)離子凝膠透明電極的應(yīng)用。