銀基透明導(dǎo)電薄膜的研究進(jìn)展
透明導(dǎo)電薄膜是一種既透明又導(dǎo)電的特殊材料,被廣泛應(yīng)用在液晶顯示屏、觸摸屏、發(fā)光二極管、太陽能電池等領(lǐng)域以及作為防靜電和電磁屏蔽層。在這些應(yīng)用中,透明導(dǎo)電膜作為其必不可少的組件,愈來愈多地受到關(guān)注。傳統(tǒng)用于制備透明導(dǎo)電材料的ITO的缺陷與不足推動了對新型透明導(dǎo)電膜的研究。在諸多的替代材料中,銀納米線膜可以提供良好的導(dǎo)電性與光的透過率而受到廣泛的關(guān)注。為此,新型銀基透明導(dǎo)電膜的研究有著重要的意義與發(fā)展前景。
日本大阪大學(xué)在2011年就有銀納米線透明電極的應(yīng)用展示。大阪大學(xué)產(chǎn)業(yè)化研究所的菅沼研究室開發(fā)出了可在類似于PET的低耐熱性塑料基板上形成透明電極的技術(shù),并在”Printable Electronics 2011”(2011年2月16~18日,東京有明國際會展中心,與“nano tech 2011國際納米科技綜合展暨技術(shù)會議”同時舉行)上進(jìn)行了展示。大阪大學(xué)已經(jīng)確認(rèn),該技術(shù)可確保與原來相同的透明性和導(dǎo)電性,即使彎折也不會出現(xiàn)電阻上升等問題。目標(biāo)是應(yīng)用于有機(jī)EL照明展品以及有機(jī)太陽能電池等柔性元件專用的透明電極中。
大阪大學(xué)開發(fā)出了采用銀納米線、但可省去燒結(jié)工序的技術(shù)。具體方法是,清洗分散在PVP中的銀納米線,將銀納米線上附著的PVP量減至最低。由此,可省去在涂布后蒸發(fā)PVP的燒結(jié)工序。涂布后只實施沖壓工序便實現(xiàn)了希望的透明性和低電阻。關(guān)于清洗工序,大阪大學(xué)稱已對其進(jìn)行了優(yōu)化,不過未公布詳情。
近期,固體所研究人員在制備超高長徑比銀納米線方面發(fā)現(xiàn)了一種簡易的新方法,并在所獲得高品質(zhì)銀納米線材料的基礎(chǔ)上,制備了性能光/電性能優(yōu)異的透明導(dǎo)電薄膜,并將其應(yīng)用于透明加熱器,成功實現(xiàn)了加熱器加熱溫度、響應(yīng)時間等性能的調(diào)控。銀納米線作為新型透明導(dǎo)電薄膜材料而被廣泛研究。然而,銀納米線結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)控難度較大,特別是高端電子器件如觸摸屏等應(yīng)用需要直徑小于40納米、長徑比大于800的銀納米線,對這類銀納米線的制備極具挑戰(zhàn)性。而高品質(zhì)銀納米線及透明導(dǎo)電薄膜,可以滿足觸控設(shè)備及透明加熱器等的快速響應(yīng)的需求。
固體所葉長輝研究員課題組研究生冉云霞等克服了單一鏈長PVP表面活性劑不利于調(diào)控銀納米線直徑及長徑比的困難,通過利用混合鏈長PVP作為表面活性劑,在常壓、較低溫度下即可極大地減小銀納米線的直徑,最終獲得了直徑~25nm,長徑比>1000的銀納米線。利用這種超細(xì)及超大長徑比的銀納米線制備了具有優(yōu)異光/電性能的透明導(dǎo)電薄膜,為替代傳統(tǒng)ITO實現(xiàn)新一代柔性光電器件提供了可能。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在RSC出版商的《化學(xué)通訊》雜志上(Chem.Commu 2014, 50, 14877-14880),并申請了一項國家發(fā)明專利(201410453758.0)。在制備了性能優(yōu)異的銀納米線透明導(dǎo)電薄膜基礎(chǔ)之上,該課題組季書林博士等制作了快速響應(yīng)的透明加熱器,并實現(xiàn)了1分鐘之內(nèi)的快速、均勻加熱。研究發(fā)現(xiàn)透明加熱器電阻溫度系數(shù)對熱響應(yīng)時間和熱交換系數(shù)有重要影響。獲得的快速響應(yīng)透明加熱器,可應(yīng)用于除霧玻璃、傳感器或者熱致變色基底。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Wiley出版商的《Small》雜志上(Small 2014, 10, 4951),并申請了一項國家發(fā)明專利(201410206950.X)。