[发明专利]PET‑石墨烯‑银纳米线复合透明导电薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及柔性透明导电薄膜技术领域，具体涉及一种PET-石墨烯-银纳米线(PET-Graphene-AgNWs)复合透明导电薄膜及其制备方法。

背景技术

透明电极主要应用在须同时兼具高光透过率与电流输入/输出特性的平面显示、有机电致发光器件(OLED)、太阳能电池、触控面板、透明晶体管等微电子与光电子领域。透明电极的主要要求是：在可见光波段具有高的光透过率(一般要求透过率大于80％)、较低的方块电阻(一般要求低于100Ω/□)、较低的表面粗糙度以及稳定的机械与化学性能等。近年来随着微电子和光电子器件向着柔性和类纸式方向发展，透明电极的柔性化需求变得日益迫切。传统的氧化铟锡(ITO)透明电极存在以下问题：柔性度受限、铟资源昂贵、稀缺、金属离子易扩散、不耐酸和碱，因此寻找一种合适的可替代ITO的柔性电极材料显得非常必要。

近年来报道了很多可以替代ITO的透明电极材料，比如碳纳米管、导电聚合物、石墨烯、金属纳米线等，这些替代材料由于其自身的一些缺点，使得它们作为透明电极使用均不够理想。具体地，碳纳米管虽然具有优异的柔韧性，但是作为透明柔性电极还存在方块电阻较大的缺点；导电聚合物具有很好的机械柔韧性，制备成本较低，但是存在化学稳定性较差，在蓝光波段吸收较强等问题；石墨烯是目前最具潜力的柔性电极材料，但是由于其制备工艺的限制，目前实际应用的石墨烯方块电阻比较大，通过掺杂可以一定程度上改善石墨烯方块电阻的问题，使方块电阻降到几百Ω/□，但是仍然达不到实际应用的需求；银纳米线最明显的优势是易于在保证高透光率的条件下获得较低的方块电阻，但是银纳米线薄膜的网状结构中存在大量孔隙，表面粗糙度较大，易造成器件大的漏电流，甚至短路。

随着技术的发展，已出现将石墨烯与银纳米线两种柔性材料复合在一起作为透明电极使用，其既能有效结合两种材料的优点，又能克服两种材料的缺点，是一种极具发展潜力的透明电极材料。在这种复合体系中，石墨烯提供较高的载流子浓度与电子迁移率水平，银纳米线提供更多的电子数量与迁移通道，二者互为补充，从而使得该复合体系在保证柔韧性和可见光波段透光性的条件下，方块电阻达到应用需求。

当前，制备石墨烯与银纳米线复合薄膜的方法主要有：旋涂法、滴涂法、浸涂法和喷涂法等。但是，本申请的发明人经过研究发现，其旋涂法、滴涂法、浸涂法以及喷涂法制备出来的薄膜均匀性不好，而且材料的利用率不高。因而，如何制备一种能够满足使用需要的石墨烯与银纳米线复合透明导电薄膜，成为目前亟待解决的问题。

发明内容

针对现有制备方法制备出来的薄膜均匀性不好，而且材料利用率不高的技术问题，本发明提供一种基于真空抽滤原理制备石墨烯与银纳米线复合薄膜的方法，该方法采用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)生长的石墨烯作为复合材料的基底，在具有高电子迁移率的固相石墨烯条件下，只需少量银纳米线即可达到较低的方块电阻和较高的光透过率，并最终得到一种PET-Graphene-AgNWs复合透明导电薄膜。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种PET-石墨烯-银纳米线复合透明导电薄膜制备方法，包括以下步骤：

石墨烯基片剪裁与清洗，将采用化学气相沉积生长并转移到PET基底上的石墨烯剪裁至器件制备所需尺寸，对剪裁后石墨烯基片表面的无机杂质和有机物残留进行清洗清除；

银纳米线溶液配制，用超纯水将原银纳米线溶液稀释成浓度为0.2×10^-3～3×10^-3mg/mL的水溶剂分散液；

真空抽滤银纳米线膜，将浓度为0.2×10^-3～3×10^-3mg/mL的银纳米线的水溶剂分散液倒入真空抽滤装置的待抽滤瓶内，在与抽滤瓶接触的滤膜下方抽真空形成负压，从而在滤膜上沉积成银纳米线膜，实现固液分离；

压片，将清洗后的PET基石墨烯放置在第一平整玻璃板上，在PET基石墨烯上旋涂导电高分子材料PEDOT PH1000，且以3900～4100转/分钟的转速分别旋涂1～4层，每层的厚度为30纳米，之后在PET基石墨烯上滴加异丙醇，再将滤膜上沉积的银纳米线膜紧贴在石墨烯上，并排净石墨烯与银纳米线膜之间的气泡，接着在滤膜上覆盖一层平整的PE膜，然后在滤膜上盖上第二平整玻璃板并施加大小为0.1MPa～0.8MPa的压强压紧；