[发明专利]一种类石墨薄膜基透明导电玻璃及其大面积可连续生产的方法

说明书

技术领域

本发明属于导电玻璃技术领域，特别涉及一种类石墨薄膜基透明导电玻璃及其大面积可连续生产的方法。

背景技术

目前常规的ITO透明导电玻璃因其具备良好的化学稳定性、热稳定性以及良好的图形加工特性还占据着透明导电玻璃市场的主导地位，可因铟的稀缺性(全球预估铟储量仅5万吨，其中可开采的仅占50％)，造成其昂贵的成本，研究人员一直在苦苦寻找能具有其同等性能的廉价新材料。

碳是自然界广泛分布的一种元素，以多种形式存在，常见的有石墨，无定形碳和金刚石，以及近年来发现的碳纳米管、富勒烯及石墨烯等。不同形态的碳之间的性能有很大差异，但究其原因是由于碳可以形成几种常见的杂化形式，也就是sp1、sp2和sp3杂化。2004年由英国曼彻斯特大学制备的单层石墨，仅有一个原子尺寸厚，由sp2杂化的碳原子紧密排列而成的蜂窝状晶体结构，此结构材料称为石墨烯。石墨烯中的碳-碳键长约为0.142nm。每个晶格内有三个σ键，连接十分牢固，形成了稳定的六边形状。形象来说，石墨烯就是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状的晶体，此外，除严格意义上的单层石墨烯以外，几个原子层(通常小于10层)的晶体也可以称为石墨烯。石墨烯由于具有奇异的电学、热学和光学等物理性质，如电导率可达108S/m，吸收率仅为2.3％，因此在半导体功能器件的相关材料应用方面前景很广，目前制备石墨烯的方法主要有液相氧化还原法和化学气相沉积法；而这些方法均存在相应的不足。经过这些方法制备出来的石墨烯膜也存在一些固有的缺陷，比如：要转移、附着力不好、单原子层容易破损等，这些影响了有关石墨烯的器件应用(如透明导电玻璃)。基于上述石墨烯的优异电学和光学性质，以及针对其制备工艺上的不足，本发明采用工业上常用的PVD方法，制备了以石墨烯中sp2杂化键为主要成分的类石墨薄膜，以及基于其物理性质的透明导电玻璃。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种大面积可连续生产的类石墨薄膜基透明导电玻璃及其制备方法，该大面积类石墨薄膜基透明导电玻璃生产工艺采用目前工业上制备薄膜常用的物理气相沉积方法(PVD)，能低温成膜，导电率高，附着力好，透过率不亚于目前的ITO而且成本低，取材容易。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种类石墨薄膜基透明导电玻璃，该类石墨薄膜基透明导电玻璃包括钢化玻璃基材，以及基材上面依次制备的黏结层、金属催化层和类石墨烯层。所述黏结层为金属氧化物、氮化物、碳化物，或者这几种的组合物；所述金属催化层的金属材料为铜、镍，或者镍铜合金，厚度刚好由岛状生长连接成膜，且在500℃以内的温度下，不易团聚；紧接着金属催化层上是一层含有SP3杂化键和SP2杂化键的亚稳态非晶态类石墨薄膜层，所述SP2杂化键通过真空退火得到强化，最终在上述亚稳态非晶材料中的含量不低于70％。

得到以上的黏结层、金属催化层和类石墨层结构，全部可以直接使用PVD的方法连续成膜。沉积于基材上后，在真空中保持300-400℃退火。

以上膜层通过合理的厚度设计，即所述黏结层的厚度为30-60nm，所述金属催化层的厚度为5-20nm，所述类石墨层的厚度为30-150nm，就可以达到合理的光学匹配设计，达到在380-760nm可见光范围内带通高透功能。

在退火过程中，保证SP3的含量不高于30％，可以使得膜层具备很好的附着力及硬度。

由于金属的催化作用，在贴近金属催化层的界面将富含石墨层。

因刚连成膜的金属催化层的存在，整个导电膜所体现出来的方阻将为金属催化层和类石墨薄膜层方阻的并联方阻值，整体的方阻比任何一层单独方阻数值都低。

本发明的创新点体现在：

一、参考了低温石墨烯成膜的二步法催化工艺路线；

二、借鉴了单银LOE-W玻璃的光学匹配设计思想；

三、创新性地采用了柔性ITO夹Cu的低面电阻膜系的设计思路；

四、首先提出以SP3杂化键和SP2杂化键共有结构成型的类石墨导电层。