[发明专利]一种柔性无机-有机复合水汽氧气阻隔薄膜及其低温制备方法

说明书

本发明提出一种柔性无机‑有机复合水汽氧气阻隔薄膜及其低温制备方法，阻隔薄膜包括基底层，重复交替的Al₂O₃无机阻隔层与PU有机阻隔层沉积在基底层上表面或上下两面，完成不同厚度范围的柔性无机‑有机复合水汽氧气阻隔薄膜的制备。本发明的低温制备方法是采用原子层沉积技术在基底层表面进行柔性无机‑有机复合水汽氧气阻隔薄膜的沉积。本发明制备的水汽氧气阻隔薄膜具有较高的水汽氧气阻隔特性、化学稳定性以及热稳定性，具有反应温度低、对基底层损伤小、自动化程度高、重复性好、沉积过程薄膜厚度可控制精确、膜层整体性好、厚度均匀、阻隔薄膜与基底层附着力强等特点，可用于各类器件防水、封装及密封领域。

技术领域

本发明属于器件防水、封装及密封技术领域，具体涉及一种柔性无机-有机复合水汽氧气阻隔薄膜及其低温制备方法。

背景技术

柔性电子是将有机/无机材料电子与显示器件制作在柔性/可延性基底层上，进而实现整个器件的挠曲弯折，能够在一定程度上适应不同的环境，满足设备的变形要求。柔性电子因具有独特的柔性/可延展性、高效以及低成本制造工艺等特点，在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛的应用前景，最为广泛研究的是有机电致发光二极管(OLED)和有机薄膜太阳能电池(OPVs)。

基于OLED的平板显示器具有色彩丰富、发光亮度高、低电流驱动节能以及制备工艺较为简单等特点。然而，水汽和氧气对OLED的工作寿命及效率影响很大，其根本原因是较为活泼的阴极材料与水汽、氧气发生反应，以及水汽与空穴输出层、电子传输层发生化学反应，进而导致其使用寿命大大降低。此外，量子点膜技术的引入进一步提高显示的色域，具有更高的色彩显示能力，然而环境中的水汽和氧气同样导致量子点薄膜的寿命大打折扣。因OPVs具有成本低廉、质轻、伸缩变形性能好以及可大面积成膜等特点受到广泛关注，被视为可取代硅系太阳能电池的最佳选择。然而，OPVs中的有机聚合物同样受环境中水汽和氧气的影响，导致其使用寿命与稳定性大大降低。因此，水汽与氧气的阻隔对各类器件的封装与密封至关重要，直接影响其使用寿命及稳定性。

传统的水汽氧气阻隔薄膜多采用结构致密、化学惰性的无机氧化物与氮化物，例如三氧化二铝(Al₂O₃)、二氧化钛(TiO₂)、二氧化硅(SiO₂)以及氮化硅(Si₃N₄)等。无机氧化物与氮化物阻隔薄膜因不具有柔性与可延展性，在柔性电子使用过程中的任何的挠曲弯折均会导致无机水汽氧气阻隔层发生破裂，进而导致其阻隔性能大大降低。目前，众多课题组开展了柔性水汽氧气阻隔薄膜的相关研究，包括聚丙烯阻隔薄膜、聚乙烯醇阻隔薄膜、对二甲苯以及聚甲基丙烯酸甲酯等柔性阻隔薄膜。此类有机阻隔薄膜虽然可以实现在挠曲弯折情况下水汽氧气透过率基本保持不变的特点，但是其自身的致密性较低，环境稳定性较差等特点限制了其广泛应用。

无机-有机累加叠层水汽氧气阻隔薄膜不仅具备无机阻隔薄膜的结构致密、化学惰性以及化学稳定性高的特点，同时具有柔性与可延展性的特点。因此，无机-有机阻隔薄膜可在挠曲弯折情况下长期使用，并能有效保证低的水汽氧气透过率。不同的薄膜制备技术工艺条件不同，薄膜制备过程中基底层所在环境的温度范围决定阻隔层是否可用该薄膜制备技术进行制备。柔性电子所用基底层的耐受温度极限较低，所以阻隔层薄膜制备技术及相关工艺的选择至关重要。此外，不同的薄膜制备技术所制备的阻隔薄膜致密有较大差异，对水汽氧气透过率有较大的影响。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种柔性无机-有机复合水汽氧气阻隔薄膜及其低温制备方法，以解决如何提高水汽氧气阻隔薄膜在挠曲弯折使用条件下的水汽氧气阻隔效率，同时降低整个阻隔层制备过程中因温度过高对基底层薄膜的损伤的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种柔性无机-有机复合水汽氧气阻隔薄膜低温制备方法，该制备方法包括如下步骤：