一种低成本柔性绿色可降解金属网络透明导电电极的方法技术

本发明专利技术公开了一种低成本柔性绿色可降解金属网络透明导电电极的方法，包括以下步骤：(1)制作龟裂模板；(2)金属网络形成；(3)去除龟裂模板；(4)配制淀粉溶胶；(5)成膜。该方法制备的透明导电电极具有投入低，产率较高，工艺简单，造价低廉，可回收降解(环保)，同时电极导电性好，透明率高，柔性优良等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种低成本柔性绿色可降解金属网络透明导电电极的方法
本专利技术属于薄膜电极
，具体涉及一种低成本柔性绿色可降解金属网络透明导电电极的方法。
技术介绍
透明导电电极(Transparentconductiveelectrodes,TCEs)，一般来说是指对波长范围在380nm到800nm之间的可见光的透射率大于80％，且电极电阻率低于10-3Ω·cm的薄膜电极。如今，透明导电材料(例如ITO(Indiumtinoxide))、TFO(fluorine-dopedtinoxide))因其同时具有优良的光透过率和良好的导电性而被广泛地应用在平板显示，太阳能电池，智能窗户，有机发光二极管(OLED)等光电器件中。众所周知，物质的透光性和导电性是一对基本矛盾。一种材料要具备良好的导电性，必须同时有较高的载流子浓度和较高的载流子迁移率，然而较高浓度的载流子会吸收光子而提高材料对光的吸收率而降低其透射率。从CdO到ITO，以及FTO，AZO(Al-dopedZnO)；从金属薄膜到聚合物薄膜；从单一组分到多组分材料；对透明导电薄膜的研究一直围绕这一矛盾展开。金属氧化物，特别是ITO，在可见光区具有较高的光透过率和较低的电阻率，在过去50年来一直是透明导电电极研究和应用的热点。然而金属氧化物用作透明电极本身导电性有限，且质脆易碎，不易变形等缺陷，同时原料In资源日益稀缺，价格昂贵，难以大规模扩张，已经不能满足日益增长现代光电子器件对于高柔性、低成本透明导电电极的需求，因此急需寻找一种能够取代ITO，光电性能优良且机械柔性优良的透明导电电极。近年来随着纳米新材料和新结构的发展，透明导电电极开拓的一个新领域是二维纳米新材料与结构薄膜电极，例如高聚物导电薄膜，碳纳米管膜，石墨烯膜，以及纳米金属线膜。导电高聚物薄膜质量轻、绿色环保，且天然具有大规模合成生产的优势，但由于加工性差，稳定性较低，普适性较差；石墨烯薄膜本身特殊的形貌而具有很好的柔性，同时也具有很好的载流子迁移率，但量产技术尚未成熟；碳纳米管薄膜需要较大长径比，碳管的均匀分散较差，碳管之间的欧姆电阻问题限制了薄膜的面内导电性。研究表明：一般碳纳米管光电导率之比为6-14，石墨烯为～70，ITO为120-200，而纳米金属银线电极具有215，由此可以看出纳米银线具有出色的导电性。由于银是电良导体，导电性好，因而纳米银线用作电极材料可以降低能耗(相对于氧化物薄膜电极)。纳米银线的粒径小于可见光入射波长时，金属纳米结构的等离子效应增强光透射率，使电极具有很好的光电性能，有利于提高电池器件的效率，同时纳米银线电极适合PET、PEN等柔性衬底生产。因而纳米银线电极非常有希望成为ITO透明导电电极的替代者。纳米银线用作柔性电极主要使用规则的微纳米银导电栅线，即在柔性衬底(PET,PEN等)表面通过丝网印刷、光刻或者纳米压印等卷对卷技术获得规则微纳米尺度栅线，(卷对卷技术是指挠性覆铜板通过成卷连续的方式进行柔性材料制作的工艺技术。采用卷对卷生产工艺，可提高生产率以及自动化程度。其明显地减少了人为操作、管理因素、受环境条件(温度、湿度洁净度等)的影响，具有更均匀一致而稳定的尺寸偏差，易于进行修正和补偿，具有更高的产品合格率、质量和可靠性)。通过这种方式制备的柔性透明导电电极存在着银线与柔性衬底之间的粘附性差，银线易脱落，难以回收等问题。因此对于金属网络透明电极，亟需一种新颖的制备方案，在满足其性能需求的基础上，做到投入低、银线与衬底的黏附力强、易于回收、市场竞争力强，以实现其大规模生产，满足社会的普适性应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低成本柔性绿色可降解金属网络透明导电电极的方法，该方法能显著降低电极的生产投入、简化生产工艺流程，具有广泛的可调性，可广泛适应多种器件的特定需求，并且机械、柔性和环境稳定性好，适合工业化制备。本专利技术的上述目的是通过如下技术方案来实现的：一种低成本柔性绿色可降解金属网络透明导电电极的方法，包括以下步骤：(1)制作龟裂模板：配制龟裂溶胶，将龟裂溶胶铺覆在衬底上形成龟裂溶胶薄膜，控制加热温度和保温时间，使龟裂溶胶薄膜自然龟裂形成龟裂模板；(2)金属网络形成：将金属颗粒填入龟裂模板的龟裂裂缝网络中形成金属网络；(3)去除龟裂模板：将衬底置于清洗液中清洗，去除龟裂模板，剩余带有金属网络的衬底；(4)配制淀粉溶胶：选取淀粉，加入水后置于水浴中在搅拌下进行加热糊化，再加入胶黏剂，继续水浴加热，冷却制得淀粉溶胶；(5)成膜：将淀粉溶胶铺覆在步骤(3)的带有金属网络的衬底上，延展成膜，干燥，将附着有金属网络的淀粉膜揭下，即制得低成本柔性绿色可降解金属网络透明导电电极。进一步的，本专利技术提供的低成本柔性绿色可降解金属网络透明导电电极的方法，包括以下步骤：(1)制作龟裂模板：配制龟裂溶胶，将龟裂溶胶铺覆在衬底上形成龟裂溶胶薄膜，控制加热温度和保温时间，使龟裂溶胶薄膜自然龟裂形成龟裂模板；(2)金属网络形成：将金属颗粒填入龟裂模板的龟裂裂缝网络中形成金属网络；(3)去除龟裂模板：将衬底置于清洗液中清洗，去除龟裂模板，剩余带有金属网络的衬底；(3’)电镀：将带有金属网络的衬底作为电源负极，块体金属作为正极置于电镀池中电镀后取出；(4)配制淀粉溶胶：选取淀粉，加入水后置于水浴中在搅拌下进行加热糊化，再加入胶黏剂，继续水浴加热，冷却制得淀粉溶胶；(5)成膜：将淀粉溶胶铺覆在步骤(3)的带有金属网络的衬底上，延展成膜，干燥，将附着有金属网络的淀粉膜揭下，即制得低成本柔性绿色可降解金属网络透明导电电极。在上述低成本柔性绿色可降解金属网络透明导电电极制备的方法中：本专利技术步骤(1)中所述龟裂溶胶优选为鸡蛋清溶胶、指甲油溶胶或二氧化钛溶胶，加热温度优选为30～60℃，保温时间优选为1～20min。本专利技术中的龟裂溶胶具有较好的流动性、粘附性，确保其既可以龟裂成网络，在后续过程中又易于清洗除去。本专利技术步骤(1)中铺覆龟裂溶胶推荐使用旋涂法、滴涂法、刮涂法等进行涂布，以保证其厚度均匀，表面平整。本专利技术步骤(1)中所述衬底可包括多种材料，优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET或玻璃等材料。本专利技术所述衬底使用前最好经过清洁处理，清洁处理的过程优选列举如下：采用丙酮超声清洗两遍，异丙醇超声冲洗两遍，去离子水超声清洗2遍，再用氮气将其吹干。本专利技术步骤(2)中优选采用热蒸镀或磁控溅射的方式将金属颗粒填入龟裂模板的龟裂裂缝网络中形成金属网络。本专利技术步骤(3)中将衬底置于清洗液中清洗，清洗液优选包括去离子水、氯仿、丙酮和/或异丙醇等。本专利技术步骤(3’)中电源负极和电源正极之间的间距为1～4cm，电镀电流为3～10mA，电镀时间为3～6min。本专利技术步骤(3’)中使用的电镀液为一般工业用电镀液。电镀的作用是：本专利技术将带有金属网络的衬底进行电镀，一方面可以进一步减小方阻，另一方面可以在后续的淀粉膜反向揭开时更容易将纳米金属网络转移下来。本专利技术步骤(4)中所述的淀粉优选为土豆淀粉、木薯淀粉和玉米淀粉中的一种或几种，更佳为玉米淀粉，所述淀粉溶胶的质量百分含量优选为5～20％。本专利技术步骤(4)中加热糊化时，水浴温度优选为80～95℃，加热糊化时间优选为20～60min。本专利技术步骤(4)中所述的胶黏剂优选为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低成本柔性绿色可降解金属网络透明导电电极的方法，其特征是包括以下步骤：(1)制作龟裂模板：配制龟裂溶胶，将龟裂溶胶铺覆在衬底上形成龟裂溶胶薄膜，控制加热温度和保温时间，使龟裂溶胶薄膜自然龟裂形成龟裂模板；(2)金属网络形成：将金属颗粒填入龟裂模板的龟裂裂缝网络中形成金属网络；(3)去除龟裂模板：将衬底置于清洗液中清洗，去除龟裂模板，剩余带有金属网络的衬底；(4)配制淀粉溶胶：选取淀粉，加入水后置于水浴中在搅拌下进行加热糊化，再加入胶黏剂，继续水浴加热，冷却制得淀粉溶胶；(5)成膜：将淀粉溶胶铺覆在步骤(3)的带有金属网络的衬底上，延展成膜，干燥，将附着有金属网络的淀粉膜揭下，即制得低成本柔性绿色可降解金属网络透明导电电极。

【技术特征摘要】
1.一种低成本柔性绿色可降解金属网络透明导电电极的方法，其特征是包括以下步骤：(1)制作龟裂模板：配制龟裂溶胶，将龟裂溶胶铺覆在衬底上形成龟裂溶胶薄膜，控制加热温度和保温时间，使龟裂溶胶薄膜自然龟裂形成龟裂模板；(2)金属网络形成：将金属颗粒填入龟裂模板的龟裂裂缝网络中形成金属网络；(3)去除龟裂模板：将衬底置于清洗液中清洗，去除龟裂模板，剩余带有金属网络的衬底；(4)配制淀粉溶胶：选取淀粉，加入水后置于水浴中在搅拌下进行加热糊化，再加入胶黏剂，继续水浴加热，冷却制得淀粉溶胶；(5)成膜：将淀粉溶胶铺覆在步骤(3)的带有金属网络的衬底上，延展成膜，干燥，将附着有金属网络的淀粉膜揭下，即制得低成本柔性绿色可降解金属网络透明导电电极。2.根据权利要求1所述的低成本柔性绿色可降解金属网络透明导电电极的方法，其特征是包括以下步骤：(1)制作龟裂模板：配制龟裂溶胶，将龟裂溶胶铺覆在衬底上形成龟裂溶胶薄膜，控制加热温度和保温时间，使龟裂溶胶薄膜自然龟裂形成龟裂模板；(2)金属网络形成：将金属颗粒填入龟裂模板的龟裂裂缝网络中形成金属网络；(3)去除龟裂模板：将衬底置于清洗液中清洗，去除龟裂模板，剩余带有金属网络的衬底；(3’)电镀：将带有金属网络的衬底作为电源负极，块体金属作为正极置于电镀池中电镀后取出；(4)配制淀粉溶胶：选取淀粉，加入水后置于水浴中在搅拌下进行加热糊化，再加入胶黏剂，继续水浴加热，冷却制得淀粉溶胶；(5)成膜：将淀粉溶胶铺覆在步骤(3)的带有金属网络的衬底上，延展成膜，干燥，将附着有金属网络的淀粉膜揭下，即制得低成本柔性绿色可降解金属网络透明导电电极。3.根据权利要求1或2所述的低成本...

【专利技术属性】
技术研发人员：高进伟，陈聪，刘赛，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44