[发明专利]聚合物基材上的耐久透明导体

说明书

发明背景

一般而言，本发明的领域涉及透明导体，更具体而言， 涉及聚合物基材上的耐久透明导体。

透明导电氧化物通常被归于透明导体组。这些透明导电 氧化物通常由它们的电导率和透明度之一或两者来限定。这些导体已 经被广泛用于各种应用，包括抗静电涂层、触摸屏、软性显示器 (flexible display)、场致发光器件、电致变色系统、太阳能电池和节能 窗(energy efficient window)，仅举几例。个别应用通常要求某一电导 率和透明度的材料。有时，当在极端环境中进行应用时，可利用更严 格的要求以确保透明导电氧化物的结构和功能完整性。

与制备耐久透明导体相关的技术是开发抗静电涂层、触 摸屏、软性显示器等的关键。所有这些应用依赖于透明导体在电、光 和机械性能方面的优异性能。

氧化锡铟(Indium-tin-oxide(ITO))薄膜是最常见的透明导 体之一，并已经使用溅射、化学气相淀积(CVD)、电子束蒸发、反应 沉淀和脉冲激光沉淀在聚合物基材例如聚酯或聚碳酸酯上制备。这样 的方法通常需要高温退火或紫外激光加工，它们可能损害聚合物基 材，并且引起结构和颜色改变，特别是如果聚合物是芳族基系统时。 另外，压缩内应力可能发展，并且可能容易在ITO薄膜上引发拉伸破 裂(tensile cracking)。

发明简述

在一个方面，提供导电材料组合物。导电材料组合物包 括纳米导体，其中纳米导体的表面包含第一官能团；和分散剂，其至 少包含第一官能团和第二官能团。

在另一方面，提供用于施加到聚合物基材上的透明纳米 导体的制备方法。该方法包括将第一官能团引入纳米导体表面上以形 成改性的纳米导体；和将改性的纳米导体与至少包括第一官能团和第 二官能团的分散剂混合，以形成导电材料组合物，其中在改性的纳米 导体上的第一官能团与分散剂反应。

附图简述

图1图解对透明导电氧化物(transparent conductive oxide (TCO))导体的表面改性和将羟基官能团转换为不同的官能团。

图2图解对碳导体的表面改性。

图3图解用于透明导体制造过程中的分散剂的一些代表 性结构。TBDMS是叔丁基二甲基甲硅烷基(tert-butyl dimethylsilyl) 的缩写。

图4图解用于透明导体制造过程中的分散剂的一些代表 性结构。

图5图解通过将丙烯酸酯引入导体表面上对透明导电氧 化物(TCO)导体进行表面改性。

图6是图解用于施加到聚合物基材上的透明纳米导体的 制备方法的流程图。

发明详述

本文描述的实施方式涉及透明导体，更具体地涉及用于 在聚合物基材上制备透明导体的组合物和方法。此类导体的实例包括 透明导电氧化物例如氧化锡铟(ITO)、掺杂的氧化锌(ZnO)、氧化镉 (CdO)和锑掺杂的氧化锡(Sb-SnO₂)。其他的导体实例包括石墨烯 (graphene)片、碳纳米管、银、铜、金、镍或它们的杂化物。将此类导 体在表面上改性(即官能化)，并且与聚合物基材化学相连。如在本文 进一步描述的，优选具有纳米尺寸的导体。具有这样尺寸的导体在本 文通常称为纳米导体，并且其包括纳米线(nanowire)、纳米管、纳米 棒(nanorod)、纳米带(nanobelt)、纳米条(nanoribbon)和纳米微粒。可以 通过旋涂、喷雾、浸涂、丝网印刷和喷墨印刷，将这些导体施加到聚 合物基材上。

本文公开的方法集中于制备用于施加到基材，特别是施 加到聚合物基材上的透明导体。如将要论述的，现有技术的至少一个 缺点得以解决。具体地说，当透明导体的薄膜被分配到聚合物基材上 时，由于该导体暴露于应力和应变，它们易于出现裂缝。在某些应用 中，整层薄膜可能从基材上剥离。

在本文描述的一个实施方式中，由于在透明导体和将导 体连接到聚合物基材的分散剂之间存在的强共价键，透明导体的良好 耐久性得以实现。该化学键合有效地将透明导体材料和聚合物基材整 合在一起，并且确保透明导体系统的良好稳定性，即使两个组分(透明 导体和聚合物基材)具有非常不同的机械、物理和化学性质也是如此。