具有表面官能化金属纳米线的透明导电电极、它们的结构设计及制造方法技术

本发明专利技术揭示了一种透明导电电极的制作方法，所述方法包括提供一个基板；形成一个薄膜，所述薄膜包括具有金属纳米线的第一区域，其中至少一些金属纳米线被表面官能化且抗氧化或抗酸反应；蒸发去除金属纳米线膜中的溶剂；将所述纳米线膜暴露于化学试剂；形成具有纳米线的第二区域；以及对包含所述第一区域和所述第二区域的薄膜进行热处理；其中所述第一区域与所述第二区域之间的电阻率差超过1000。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有表面官能化金属纳米线的透明导电电极、它们的结构设计及制造方法
本专利申请大体上涉及透明电极的结构及其制造方法的
，尤其涉及制备具有表面官能化金属纳米线的透明电极的

技术介绍
铟锡氧化物(ITO)作为一种传统的透明电极的透明导电体已经被广泛应用在科研领域，但是它在大规模生产工艺中存在很多缺点。首先，为了制作电极，ITO是被真空沉积在基材上，但是该真空沉积工艺比较昂贵且产量低。其次，在大多数的应用中，为了确保电气性能，ITO的厚度需要达到150纳米或更厚，然而在这样的厚度下，ITO薄膜会变脆从而使之不适合于需要大面积或柔性基板的应用中。再次，为了实现良好的导电性和清晰度，ITO薄膜需要在高温下进行退火处理，最好是超过200℃，从而限制了其在诸如玻璃等耐高温基材上的应用。由于聚合物的软化点比较低，大多数基于聚合物的ITO薄膜不能同时经受为了实现高导电性和透明性的退火温度。因此，随着电光应用扩展到例如三维显示和太阳能电池等更新颖和奇特的功能，有必要设计出一种光电性能优于或者能够与ITO媲美的替代性的透明电极，但是该透明电极适合大面积柔性基板且可以通过廉价高产的方式进行制造。因为其制造成本低、适合量产且导电性和透明性等性能优良，包含可印刷金属纳米线的透明导电电极已经被成功的证明是一种替代产品。然而，大多数商业销售的透明电极均具有嵌入在基质中的金属纳米线。“基质”是指金属纳米线分布或者嵌入在其中的一种固态材料。该基质为金属纳米线提供了主体，并且提供了导电层的物理形式。该基质能够保护金属纳米线免受不利的环境因素的影响，如腐蚀和磨损。特别是，该基质能够显著降低环境中腐蚀性元素的渗透性，如湿度、酸微量、氧、硫等。此外，该基质为导电层提供了良好的物理和机械性能。例如，它可以提供对基板的附着力。此外，与金属氧化物膜不同，聚合物或有机聚合物或预聚物已经成为嵌入金属纳米线更好的基质，因为它们可以是强健的和灵活的，这使得它可以低成本、高产出的制造透明导体。但在一般情况下，基质材料比金属纳米线网络的导电性弱，甚至一些基质材料是不导电的。在聚合物基质中嵌入新的金属纳米线，降低了膜的导电性。一些电极实际上需要纳米线的一部分突出于基质材料，以能够进入导电网络，或使其表面导电。鉴于上述情况，有需要提供一种保护金属纳米线和提高粘着力的替代方法。另外，当要使用基质时，亦有需要提供一种能够提高基质导电性的组合物或方法。
技术实现思路
在此，本专利技术揭示了一种具有表面官能化金属纳米线的透明导电电极。表面官能化的金属纳米线提供了一种更好的方法，以保护导电电极中的金属纳米线，提高导电层与基板之间的粘附力，以及通过使用电极来提高装置中导电层和后续层之间粘附力。表面官能化的金属纳米线可以更容易地分散在导电膜中。表面官能化可以被调到保护金属纳米线抗氧化以及暴露出金属纳米线的某些表面使其表面导电。此外，具有表面官能化金属纳米线的导电电极在较低的渗透标准就能导电。并且，当电极被制作为光电设备的底部电极或顶部电极时，表面官能化提高了金属纳米线与基板、导电膜的粘合剂或者装置中的其他层之间的粘附力。此外，表面官能化可以通过适当选择所需浓度的功能群的来调整。例如，该功能群可以在一个合适的长度或浓度，通过使用一组合适的折射率来有效地降低反射损失和不必要的眩光。此外，经过表面官能化后，这些纳米线可以保留其导电性，但失去了光学光泽。这是一个基于导电薄膜来制作超低雾度(雾度＜0.5)的银纳米线的关键推动因素。当前，基于TCE的银纳米线的其中一个主要挑战是它们在低薄膜电阻时的高雾度。在本专利技术的第一方面，在一个实施方式中揭示了一种透明导电电极。该透明导电电极包括一个基板以及沉积在基板顶部的主要单导电层。其中，所述主要单导电层包括表面官能化的金属纳米线。在一个示例中，所述表面官能化的金属纳米线是这样的金属纳米线，其具有银核及卤化银保护壳的表面官能化的核-壳结构。在另一个例子中，所述表面官能化的金属纳米线是这样的金属纳米线，其具有银核及氧化银保护壳的表面官能化的核-壳结构。在本专利技术的第一方面，在另一实施方式中揭示了一种透明导电电极的制作方法。该透明导电电极包括一个基板以及沉积在基板顶部的主要单导电层。其中，所述主要单导电层包括表面官能化的金属纳米线。在一个示例中，所述表面官能化的金属纳米线是这样的金属纳米线，其具有银核及卤化银保护壳的表面官能化的核-壳结构。在另一个例子中，所述表面官能化的金属纳米线是这样的金属纳米线，其具有银核及氧化银保护壳的表面官能化的核-壳结构。在本专利技术的第二方面，在一个实施方式中揭示了一种图案化的透明导电膜。该图案化的透明导电膜包括一个基板以及位于所述基板顶部的主要单层。所述主要单层包括第一区域以及第二区域，其中第一区域包括银纳米线网络以及用以防止纳米线被表面氧化的装置；所述第二区域包括若干金属纳米线、用以防止纳米线被表面氧化的装置以及金属氧化物纳米线。在本专利技术的第二方面，在另一个实施方式中揭示了一种图案化的透明导电膜。该图案化的透明导电膜包括一个基板以及位于基板顶部的主要单导电层。所述主要单导电层包括含有银纳米线网络的第一区域以及第二区域，其中第二区域中的金属纳米线的平均长度比第一区域的短。在本专利技术的第三方面，在一个实施方式中揭示了一种图案化导电电极的方法。该方法包括：提供一个基板；形成一个薄膜，所述薄膜包括具有金属纳米线的第一区域，其中至少一些金属纳米线被表面官能化且抗氧化或抗酸反应；蒸发去除金属纳米线膜中的溶剂；将所述纳米线膜暴露于化学试剂；形成具有纳米线的第二区域；以及对包含所述第一区域和所述第二区域的薄膜进行热处理；其中所述第一区域与所述第二区域之间的电阻率差超过1000。在本专利技术的第三方面，在一个实施方式中揭示了一种图案化导电电极的方法。该方法包括：提供一个基板；形成一个薄膜，所述薄膜包括表面官能化的银纳米线，其中所述纳米线的某些部分是被表面官能化的且抗氧化或抗酸蚀；将所述薄膜暴露于蚀刻剂或氧化剂，并使纳米线与氧化剂/酸进行反应；将未受保护的非表面官能化的纳米线分解成若干片段；其中纳米线上的表面官能化部分和非表面官能化的部分可以有规律或者随机的分布。【附图说明】为了更清楚的理解本专利技术，以下结合附图进行详细描述，其中：图1是一种直径为d，长度为L的纳米线的示例图；图2a至图2e是本专利技术实施例所揭示的各种不同纳米线的剖面示意图；图3是本专利技术实施例中单层导电膜的示意图；图4a是位于所述基板上的金属纳米线网络的剖面示意图；图4b和图4c是当第二溶液涂布于所述基板和纳米线网络后，所述薄膜的剖面示意图；图4d是当所述第二溶液反应进入所述纳米线网络之后，所述薄膜的剖面示意图；图5a是位于所述基板上的金属纳米线网络的剖面示意图；图5b是当掩膜被放置于所述基板和纳米线网络上，所述薄膜的剖面示意图；图5c至图5d是经过紫外线辐射之后，所述薄膜的剖面示意图；图6a是一种金属纳米线的示意图；图6b是一种金属纳米线暴露于酸或者氧化剂之后的示意图；图6c是导电膜中另一种金属纳米线组分的示意图；图6d是当导电膜中金属纳米线组分经过酸或氧化反应后的示意图；图7a是一种具有自组装单层的金属纳米线的示意图，其中所述自组装单层用以防止金属纳米线被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图案化导电电极的方法，其包括如下步骤：提供一个基板；形成一个薄膜，所述薄膜包括具有金属纳米线的第一区域，其中至少一些金属纳米线被表面官能化且抗氧化或抗酸反应；蒸发去除金属纳米线膜中的溶剂；将所述纳米线膜暴露于化学试剂；形成具有纳米线的第二区域；以及对包含所述第一区域和所述第二区域的薄膜进行热处理；其中所述第一区域与所述第二区域之间的电阻率差超过1000。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.04.05 US 61/809,224;2013.04.06 US 61/809,353;1.一种图案化导电电极的方法，其包括如下步骤：提供一个基板；形成一个薄膜，所述薄膜包括金属纳米线，其中至少一些金属纳米线被表面官能化且抗氧化或抗酸反应，另一部分金属纳米线为非表面官能化的金属纳米线；蒸发去除金属纳米线薄膜中的溶剂；将所述纳米线薄膜暴露于化学试剂，化学试剂为氧化剂或酸性试剂；具有表面官能化的金属纳米线的薄膜与化学试剂不反应成为第一区域，具有非表面官能化的金属纳米线的薄膜与化学试剂反应成为第二区域；以及对包含所述第一区域和所述第二区域的薄膜进行热处理；其中进行热处理后的所述第一区域与所述第二区域之间的电阻率差超过1000。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一区域和第二区域之间的折射率差小于0.05。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一区域和第二区域之间的雾度差小于0.2%。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：包括提供金属纳米线，所述金属纳米线的一部分被表面官能化，另一部分未被表面官能化，其中表面官能化用以防止所...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘克菲，
申请(专利权)人：苏州诺菲纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32