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柔性透明导电薄膜及其制备技术

材料导报 2007年第3期21卷 119-122,129页

作者：张凤陶杰董祥南京航空航天大学材料科学与技术学院南京210016

在柔性衬底上制作的器件具有重量轻、柔软等优点,所以柔性透明导电薄膜成为当前的研究热点。柔性衬底存在不耐高温的缺点,从而限制了柔性透明导电薄膜的性能。总结了近年来对柔性衬底材料处理的方法,并介绍了柔性透明导电ITO薄膜和ZAO薄... 详细信息

在柔性衬底上制作的器件具有重量轻、柔软等优点,所以柔性透明导电薄膜成为当前的研究热点。柔性衬底存在不耐高温的缺点,从而限制了柔性透明导电薄膜的性能。总结了近年来对柔性衬底材料处理的方法,并介绍了柔性透明导电ITO薄膜和ZAO薄膜,分析了它们的研究现状,同时讨论了柔性薄膜的制备方法,最后对柔性透明TCO领域未来的研究和应用工作进行了展望。

关键词：柔性透明导电薄膜柔性衬底制备方法 ITO ZAO

基于电场驱动喷射微3D打印和辊轮辅助热压印制造嵌入式金属网格柔性透明导电薄膜

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科学通报 2020年第12期65卷 1151-1162页

作者：刘明杨齐习猛朱晓阳许权张勇霞周贺飞李涤尘兰红波青岛理工大学山东省增材制造工程技术研究中心青岛266520 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

针对现有技术难以实现高性能嵌入式金属网格柔性透明导电薄膜低成本、快速制造的难题,提出了一种基于电场驱动喷射微3D打印和辊轮辅助热压印制造嵌入式金属网格柔性透明导电薄膜新方法,阐述了结合电场驱动喷射微3D打印和辊轮辅助热压印... 详细信息

针对现有技术难以实现高性能嵌入式金属网格柔性透明导电薄膜低成本、快速制造的难题,提出了一种基于电场驱动喷射微3D打印和辊轮辅助热压印制造嵌入式金属网格柔性透明导电薄膜新方法,阐述了结合电场驱动喷射微3D打印和辊轮辅助热压印工艺制备透明导电薄膜的基本原理和工艺流程;通过实验揭示了主要工艺参数(打印电压、打印速度、打印气压、压印温度和压印力)对制备嵌入式金属网格柔性透明导电薄膜精度和质量的影响及规律;利用课题组自主研发的电场驱动喷射沉积微纳3D打印机和复合纳米压印光刻机,并结合优化的工艺参数,实现了图案面积70 mm×70 mm、线宽20μm、周期1000μm的嵌入式正方形金属网格柔性透明导电薄膜制造,其方阻为3.62Ω/sq,可见光波段550 nm处的透过率为92.3%,表面粗糙度值为18.81 nm,金属网格与基材的接触等级可达5B,1000次弯折实验后方阻变化率小于8%.

关键词：柔性透明导电薄膜嵌入式金属网格微3D打印热压印增材制造

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金属网格柔性透明导电薄膜研究进展

材料导报 2023年第5期37卷 140-151页

作者：黄兵刘萍电子科技大学物理学院成都610054 电子科技大学中山学院电子信息学院广东中山528402

随着柔性电子器件的发展,柔性显示器、柔性太阳能电池、柔性传感器等产品已经逐步从实验室走向市场。柔性透明导电薄膜作为柔性光电器件不可或缺的重要组成部分,今后其需求量只会不断增加。目前的光电子器件逐渐向大尺寸、轻薄、柔性、... 详细信息

随着柔性电子器件的发展,柔性显示器、柔性太阳能电池、柔性传感器等产品已经逐步从实验室走向市场。柔性透明导电薄膜作为柔性光电器件不可或缺的重要组成部分,今后其需求量只会不断增加。目前的光电子器件逐渐向大尺寸、轻薄、柔性、可拉伸、低成本等方面发展。氧化铟锡(Indium tin oxide,ITO)是目前使用最广泛的透明导电薄膜,但ITO制备工艺复杂,具有脆性,且铟是稀有金属,储量少,价格昂贵。因此,研制可替代ITO的高性能柔性透明导电薄膜越来越迫切。目前已有研究人员研制出多种可替代ITO的柔性透明导电薄膜,其中基于金属网格的柔性透明导电薄膜是替代ITO的有力竞争者。金属网格柔性透明导电薄膜展示了极好的光电性能和机械灵活性。它最吸引人的地方在于可以独立改变金属网格的线宽和间距,从而在调节薄膜方阻和透光率方面表现出更好的权衡性。目前,已有大量的研究人员研制出可与ITO媲美的金属网格柔性透明导电薄膜。多数研究者通过光刻技术制作出母版,再结合化学镀或电沉积技术进行导电薄膜制作。以光刻技术为基础制备的柔性透明导电薄膜性能良好,但光刻工艺复杂而且设备昂贵。还有研究人员通过其他技术进行研究,如印刷增材制造技术、静电纺丝技术、光子烧结、模板法等,制备的柔性透明导电薄膜性能良好。其中基于印刷增材制造技术制备的柔性透明导电薄膜已经在触摸屏领域实现产业化,有望进一步发展。本文综述了金属网格柔性透明导电薄膜的研究进展及在光电器件中的应用,包括有机太阳能电池、有机发光二极管等,具体讨论了金属网格透明导电薄膜的基本特性、光电性能、制造技术和器件应用,并点明了其制备方法的优劣性,以期为后续的研究提供参考。

关键词：金属网格柔性透明导电薄膜太阳能电池有机发光二极管

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柔性透明导电薄膜的研究

柔性透明导电薄膜的研究

作者：纪乐春上海师范大学

学位级别：硕士

随着电子器件向小型化和轻便化方向发展,基于柔性衬底的透明导电薄膜将成为硬质衬底透明导电薄膜的更新换代产品,因此引起人们越来越多的关注。ZnO,一种具有高激子束缚能(60 meV)的宽直接带隙半导体,由于其透明导电性,无毒,廉价,原材料... 详细信息

随着电子器件向小型化和轻便化方向发展,基于柔性衬底的透明导电薄膜将成为硬质衬底透明导电薄膜的更新换代产品,因此引起人们越来越多的关注。ZnO,一种具有高激子束缚能(60 meV)的宽直接带隙半导体,由于其透明导电性,无毒,廉价,原材料丰富等优点,被认为是具有广阔应用前景的透明导电材料。本论文在系统总结国内外柔性透明导电薄膜的基础上,利用磁控溅射和原子层沉积(ALD)方法,在柔性塑料衬底上制备了具有叠层结构和纳米阵列结构的ZnO透明导电薄膜。并对透明导电薄膜的电学性能,光学性能及微观形貌进行了研究。主要内容包括：1.铟(In)层的厚度对ZnO/In/ZnO叠层透明导电薄膜的电学性能和光学性能的影响;2.铜(Cu)层厚度对铝掺杂氧化锌(AZO)/Cu/AZO叠层透明导电薄膜的电学性能和光学性能的影响及叠层薄膜的弯曲性能;3.在表面具有蛾眼结构的柔性塑料衬底上,制备具有阵列结构的AZO透明导电薄膜,研究溅射和ALD方法对薄膜表面形貌的影响及相应的光学性能;4.在表面具有蛾眼结构的柔性塑料衬底上,制备具有阵列结构的AZO透明导电薄膜,研究AZO薄膜厚度对表面形貌及电学性能和光学性能的影响。

关键词：柔性透明导电薄膜 ZnO 叠层结构纳米阵列溅射原子层沉积

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银纳米线柔性透明导电薄膜的制备

上海大学学报（自然科学版） 2023年第6期29卷 1022-1029页

作者：刘晓文潜飞张波吴美莹李红斌张宝华上海大学环境与化学工程学院上海200444 中华人民共和国台州海关浙江台州318000

采用多元醇法制备了直径约40 nm、长径比约300的银纳米线.以聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯(polyethylene terephthalateco-1,4-cylclohexylenedimethylene terephthalate,PETG)膜为基底,采用旋涂法制备了银纳米线柔性透明导电薄膜,探究了不同辅助成膜剂对成膜性能的影响.发现以黄原胶为辅助成膜剂制备的银纳米线薄膜具有较理想的透明性和导电性;银纳米线分散液沉积密度对银纳米线薄膜的透明性和导电性有重要影响,当沉积密度为10 mg/cm2时,银纳米线薄膜的透光率和导电性能最优;弯曲测试结果表明,银纳米线薄膜具有很好的柔韧性.

关键词：多元醇法银纳米线旋涂法柔性透明导电薄膜

还原氧化石墨烯/聚3,4-二氧乙烯噻吩∶聚苯乙烯磺酸柔性透明导电薄膜的制备及表征

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化工新型材料 2017年第11期45卷 62-65页

作者：赵娜杜鹃罗艳钟毅东华大学生态纺织教育部重点实验室上海201620

采用HI整体还原法将原位聚合法制备出的氧化石墨烯/聚3,4-二氧乙烯噻吩∶聚苯乙烯磺酸(GO/PEDOT∶PSS)复合薄膜还原成还原氧化石墨烯/PEDOT∶PSS(RGO/PEDOT∶PSS)复合薄膜。通过X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜、四探针测试仪和紫外分光... 详细信息

采用HI整体还原法将原位聚合法制备出的氧化石墨烯/聚3,4-二氧乙烯噻吩∶聚苯乙烯磺酸(GO/PEDOT∶PSS)复合薄膜还原成还原氧化石墨烯/PEDOT∶PSS(RGO/PEDOT∶PSS)复合薄膜。通过X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜、四探针测试仪和紫外分光光度仪等手段对所制备材料的性能进行了表征。结果表明:当RGO掺杂量为15%(质量分数)时,RGO/PEDOT∶PSS复合薄膜综合性能最优,其方块电阻为0.25kΩ/□,透光率达到85.2%(λ=550nm),同时具有优良的导电性和柔性。

关键词：氧化石墨烯聚3 4-二氧乙烯噻吩∶聚苯乙烯磺酸掺杂整体还原柔性透明导电薄膜

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银纳米线柔性透明导电薄膜的制备

上海大学学报(自然科学版) 2021年

作者：刘晓文潜飞张波吴美莹李红斌张宝华上海大学环境与化学工程学院中华人民共和国台州海关

采用多元醇法制备了直径约40nm、长径比约300的银纳米线。以PETG膜为基底，采用旋涂法制备了银纳米线柔性透明导电薄膜，探究了不同辅助成膜剂对成膜性能的影响。发现以黄原胶为辅助成膜剂制备的银纳米线薄膜具有较理想的透明性和导电... 详细信息

采用多元醇法制备了直径约40nm、长径比约300的银纳米线。以PETG膜为基底，采用旋涂法制备了银纳米线柔性透明导电薄膜，探究了不同辅助成膜剂对成膜性能的影响。发现以黄原胶为辅助成膜剂制备的银纳米线薄膜具有较理想的透明性和导电性；银纳米线分散液沉积密度对银纳米线薄膜的透明性和导电性具有重要影响，当沉积密度为10mg/cm2时，银纳米线薄膜的透光率和导电性能最优；弯曲测试表明，银纳米线薄膜具有很好的柔韧性。

关键词：多元醇法银纳米线旋涂法柔性透明导电薄膜

微纳结构金属网格柔性透明导电薄膜的制备及性能研究

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微纳结构金属网格柔性透明导电薄膜的制备及性能研究

作者：王坤哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

柔性透明导电薄膜作为一种兼具了高透光度、高导电性的光电器件,正向着柔性屏幕显示、智能可穿戴设备、电子皮肤等方向发展。而最先商用的柔性电子材料ITO,却存在不易弯折、成本太高、原料稀缺等缺陷,所以国内外都在研究其替代材料,而... 详细信息

柔性透明导电薄膜作为一种兼具了高透光度、高导电性的光电器件,正向着柔性屏幕显示、智能可穿戴设备、电子皮肤等方向发展。而最先商用的柔性电子材料ITO,却存在不易弯折、成本太高、原料稀缺等缺陷,所以国内外都在研究其替代材料,而最具发展潜力的便是金属网格柔性透明导电薄膜,但是金属网格因其不同的图案、排列设计等会导致光电性能产生较大的差异。本文聚焦金属网格几何参数对透光性和导电性的影响,根据几何结构的紧凑性原理,建立二维不规则随机网络的模型,结合COMSOL仿真模型,总结出了不同几何形状及其结构参数对透光度和方阻的影响规律,并最终通过磁控溅射和激光直写技术制备出高导高透的柔性透明导电薄膜。本文的核心内容如下:(1)磁控溅射技术工艺研究及制备透明导电薄膜。本文利用磁控溅射技术在PET衬底上进行溅射金属Al,并对不同溅射时间、不同溅射功率的薄膜进行表面形貌分析和光电性能分析,并总结出磁控溅射工艺下不同薄膜的生长模式机理,并对不同薄膜进行柔性弯折实验,基于薄膜的生长规律以及综合性能,从而得出最佳的磁控溅射时间和功率的工艺规律。本文仅利用磁控溅射技术制备出在可见光区550 nm波长时透光度为45%、方阻为14Ω/sq的薄膜,并且综合工艺规律选择以溅射时间10 min、溅射功率为20%的工艺下制备的薄膜作为后续利用激光直写技术刻蚀金属网格的基材。(2)金属网格图案几何参数的设计及透明导电薄膜的制备。本文将透光性和导电性独立开来进行研究,首先是根据金属网格中的网孔面积大小决定薄膜的透光度的原理,分析了三角形、正方形、正六边形对应的透光度,初步确定了正方形和正六边形都很合适,正六边形更加合适;其次将二维不规则随机网络的方阻利用多边形方阻的计算公式进行推导、简化,并对正三角形、正方形和正六边形的结构紧凑性参数进行计算和分析,确定出正六边形的数量越多、正三角形的数量越少,简化越精确的规律;最后结合透光度的计算公式,在保证相同透光度的基础上,通过COMSOL仿真对正方形和正六边形的方阻进行相同点电流下、不同方向的探究,最终得出正方形和正六边形的方阻都具有各向异性,且相同透光度下正六边形的方阻低于正方形。(3)结合磁控溅射镀膜技术和激光直写技术,本文制备了线宽为5μm,厚度为40 nm,边长分别为25μm、50μm和100μm的正六边形,其在可见光区550 nm波长时透光度分别为45.8%、58.4%和74.3%,方阻分别为7.83Ω/sq、11.2Ω/sq和14.7Ω/sq,其中品质因数Fo M最高的为边长为100μm的正六边形网格。对这三种网格进行柔性弯折实验分析,发现三种薄膜在经历2 500次弯折后方阻的变化率均为25%,这与正六边形独特的性质有关。

关键词：柔性透明导电薄膜六边形金属网格磁控溅射激光直写

单晶石墨烯/铜纳米线复合柔性透明导电薄膜的制备、性能及应用

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单晶石墨烯/铜纳米线复合柔性透明导电薄膜的制备、性能及应用

作者：王建伟河南大学

学位级别：硕士

随着智能穿戴技术进步,柔性电子器件得到了广泛关注,开发一种高透过率、高电导率的柔性透明电极(Transparent Electrode)迫在眉睫。当今应用最多且技术非常成熟的氧化铟锡(Indium Tin Oxide,ITO)透明电极因其固有的脆性已无法兼容未来... 详细信息

随着智能穿戴技术进步,柔性电子器件得到了广泛关注,开发一种高透过率、高电导率的柔性透明电极(Transparent Electrode)迫在眉睫。当今应用最多且技术非常成熟的氧化铟锡(Indium Tin Oxide,ITO)透明电极因其固有的脆性已无法兼容未来的柔性电子技术。此外,随着传统透明电子器件市场对ITO电极需求量的迅速增加,铟资源储量逐渐匮乏,导致ITO成本升高。铟资源的使用也给环境和人类健康带来了一定的危害。石墨烯(Graphene)是近年来新兴的二维晶体材料,由单层碳原子构成,具有极强的柔韧性(杨氏模量1 TPa、拉伸强度130 GPa)、高载流子迁移率(200000 cm V11 s)、高热导率(5300 W mK)、高比表面积(2630 mg)、高透光率(97.7%)等特性以及优良的化学稳定性,被认为是下一代柔性透明电极的理想候选者之一。研究基于石墨烯材料的透明电极及其构筑方法,对发展新一代柔性电子器件至关重要。目前,石墨烯薄膜主要采用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)法制备,以多晶结构为主,存在大量晶界缺陷,导致薄膜电导率较低、力学性能较差等问题,尚未满足高性能柔性光电器件的要求。针对这一问题,本文围绕单晶石墨烯薄膜的制备及转移、单晶石墨烯/铜纳米线(Copper Nanowires,CuNWs)复合结构构筑以及这些透明导电薄膜的性能与应用等方面开展研究。主要包括以下几个方面:1.单晶石墨烯薄膜的CVD法制备。多晶石墨烯薄膜的晶界缺陷所引起的强电子散射会造成薄膜方阻升高,避免晶界产生是减少石墨烯导电性能降级的重要手段。本研究以铜箔为生长基底,采用化学气相沉积法制备单晶石墨烯薄膜。对石墨烯形貌、结晶质量、层数进行表征,研究石墨烯薄膜的无损转移方法,实现大面积单层、单晶薄膜的转移。测试与分析石墨烯透明导电薄膜的透光性与导电性的关系,提出高透过率、高电导率石墨烯薄膜的最佳制备方案。实验结果表明,最终制备和转移得到的单晶石墨烯薄膜方阻在20050Ωsq之间,透光率(λ=550 nm)约为97%。2.单晶石墨烯/铜纳米线复合柔性透明导电薄膜的构筑与性能。尽管单层石墨烯薄膜透光性较好,然而薄膜方阻仍未达到高性能光电器件(薄膜叠加能够进一步降低方阻,但会增加薄膜转移次数,过程复杂,对转移工艺要求较高,易引起样品的破损和污染。铜纳米线薄膜具有较好的透光率和导电性,可以被用于高性能透明电极的制备。然而,其易氧化性、高表面起伏度成为制约铜纳米线透明导电薄膜在光电器件领域工业化应用的短板。本研究考虑到上述两种材料各自的优缺点,使用单晶石墨烯封装和保护铜纳米线网络,采用紫外光固化树脂(UV Cureable Resin)作为柔性衬底并嵌埋铜纳米线,制备单晶石墨烯/铜纳米线复合结构薄膜。既保证了石墨烯/铜纳米线复合结构的导电性和透光性,同时也提高了铜纳米线的稳定性和表面平滑度。对该复合薄膜的表面形貌及微纳结构进行表征,并研究其光学、电学性质、机械柔性及其基底粘附性。研究石墨烯与铜纳米线相互作用机制,分析石墨烯包覆的铜纳米线对水和氧气等条件的稳定性。实验结果表明,所得石墨烯/铜纳米线复合柔性透明电极具有优异的光电性能(R=19±1.5Ωsq,T=84.3%)、较高的品质因数(F.O.M=121.18)和超低的粗糙度(RMS=1.85 nm)。在2.5 mm曲率半径下弯折1000次,电阻值仅变化为初始值的1.06倍;在常温大气环境下放置30天,电阻变化量仅为初始值的1倍。3.单晶石墨烯/铜纳米线复合柔性透明电极在量子点发光二极管(Quantum Dot Light-Emitting Diodes,QLED)中的应用。以图案化的单晶石墨烯/铜纳米线复合结构柔性透明电极为正极,以PEDOT:PSS为空穴注入层,TFB为空穴传输层,以ZnCdSeS/ZnS绿光量子点为发光层,以ZnO为电子传输层,以Al为负极制备柔性绿光量子点发光二极管。Gr/CuNWs/R基QLED器件具有优异的色谱纯度,亮度达到9000cd/m。Gr/CuNWs/R基QLED器件的电流效率达到4.25 cd/A。

关键词：单晶石墨烯铜纳米线柔性透明导电薄膜稳定性量子点发光二极管