一种银纳米网格柔性透明电极及其制备方法技术

本发明专利技术属于光电子器件领域，公开了一种银纳米网格柔性透明电极及其制备方法。先在柔性衬底表面制备一层连续的二氧化硅薄膜，然后将二氧化硅薄膜碾压碎裂成微米级碎片，再在其上表面平铺沉积一层银纳米颗粒，保温烧结，在薄膜碎片缝隙之间生成连续的银纳米网格线，冲洗除去二氧化硅薄膜碎片及附着的银纳米颗粒膜，得到附着在柔性衬底的连续网格银纳米线，最后在硝酸银溶液中进行电镀处理，得到银纳米网格柔性透明电极。本发明专利技术的方法相对简单，制作成本低，且可以通过控制二氧化硅厚度、碾压滚结构以及电镀时间和电镀功率，达到裂纹网格和电阻率可控，同时该透明电极的银网格附着性能好。

Silver nano grid flexible transparent electrode and preparation method thereof

The invention belongs to the field of optoelectronic devices, and discloses a silver nanogrid flexible transparent electrode and a preparation method thereof. First, a continuous layer of silicon dioxide film is prepared on the surface of flexible substrates. Then, the silicon dioxide film is crushed into micron-sized fragments. Then, a layer of silver nanoparticles is deposited on the surface of the film. After sintering, continuous silver nanogrid lines are formed between the film fragments, and the fragments of the silicon dioxide film are washed and removed. Continuous grid silver nanowires attached to flexible substrates were obtained by attaching silver nanoparticle films. Finally, silver nanogrid flexible transparent electrodes were obtained by electroplating in silver nitrate solution. The method of the invention is relatively simple and has low production cost, and can achieve controllable crack grids and resistivity by controlling the thickness of silicon dioxide, rolling structure, plating time and plating power. At the same time, the silver grids of the transparent electrode have good adhesion performance.

【技术实现步骤摘要】
一种银纳米网格柔性透明电极及其制备方法
本专利技术属于光电子器件领域，具体涉及一种银纳米网格柔性透明电极及其制备方法。
技术介绍
透明导电电极广泛应用于手机屏幕、LCD、OLED、工业触摸屏、太阳能电池等领域，作为光电子器件的必备组成部分，近年来，随着化石能源的储存量逐渐减少，新能源产业对透明电极的要求越来越高，传统的氧化铟锡(ITO)等金属氧化物作为透明电极的缺点逐渐显露，虽然ITO透明导电电极的透光率和电阻率都具有非常优越的性能，但是ITO材料固有的缺陷如易脆，非常脆，在极小的形变下，就会导致其电阻值急剧变大，而且不可逆，通过光学显微镜可以发现其薄膜很容易发生断裂，这对于现在柔性电子器件而言，是一个致命的缺陷。另外一个方面就是原材料稀缺，铟作为一种稀有元素，随着市场的需求不断增大，其价格也水涨船高，同时其制作工艺繁琐。ITO材料固有的易脆使得ITO材料不适合应用到柔性衬底，特别是在柔性器件方面ITO的缺陷最为突出，因此，开发ITO的替代材料越来越重要。为了满足未来光电器件的柔性、环保、轻便的要求，在柔性衬底上制备的透明电极由于具有良好的光电性能，使其在未来光电器件更具有优势，柔性透明电极吸引了研究者的广泛关注。近年来，由于石墨烯薄膜、碳纳米管、共聚物导电膜以及导电特性优异的金属微纳米结构具有优越的导电性能，逐渐受到研究者的重视。金属银由于具有高的电导率、良好的延展性和化学稳定性，可作为透明电极的主要材料。金属在厚度低于20nm时出现透明度，但同时会发生严重的散射影响透射率，以及薄膜出现不连续岛状分布影响导电性能，研究表明银纳米线结构的透明电极具有较好的透光和导电性能，而且沉积在柔性薄膜上具有非常好的柔性，未来很有可能成为ITO的优良替代品，但是银纳米线是由随机分布、相互搭接的平面导电网络构成，其线接触电阻大和分布随机性导致其透明电极的透光性和导电性指标不可控，且由于银纳米线尺寸小导致散射严重。现有的很多导电薄膜制备方法采用磁控溅射或者热蒸镀的方法，这两种方法由于制造成本都很高，不利于降低导电薄膜的制造成本，只有降低制造导电薄膜的成本才能更好的普及。因此寻求一种相对磁控溅射和热蒸镀成本更低的方法，将具有非常好的应用和推广价值。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种银纳米网格柔性透明电极的制备方法。该方法采用二氧化硅胶状溶液经过旋涂在柔性基底后，在烘干成膜后采用微纳碾压滚破碎，然后再铺一层银纳米颗粒并在烘箱中烧结，使得银纳米颗粒烧结成型，然后将二氧化硅胶碎片作为牺牲层清洗，然后放入电镀液中增加银沉积厚度，进一步减少透明电极的电阻，该制作方法成本低、裂纹效果可控、且银纳米网格附着在柔性基板上的效果好。本专利技术的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的银纳米网格柔性透明电极。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种银纳米网格柔性透明电极的制备方法，包括如下制备步骤：(1)将硅溶胶均匀旋涂至柔性衬底表面，干燥后在柔性衬底表面凝结生成连续的二氧化硅薄膜；(2)将柔性衬底表面的二氧化硅薄膜碾压碎裂成微米级碎片；(3)在表面具有二氧化硅薄膜碎片的柔性衬底上平铺沉积一层银纳米颗粒，然后在80～100℃温度下保温烧结，将位于二氧化硅薄膜碎片缝隙之间的银纳米颗粒烧结成连续的银纳米网格线；(4)用去离子水冲洗除去柔性衬底上的二氧化硅薄膜碎片及附着在二氧化硅薄膜碎片表面的银纳米颗粒膜，得到附着在柔性衬底的连续网格银纳米线；(5)将表面附着连续网格银纳米线的柔性衬底在硝酸银溶液中进行电镀处理，得到银纳米网格柔性透明电极。优选地，步骤(1)中所述的硅溶胶的质量浓度为70％、颗粒直径为10～20nm。可通过市售硅溶胶经过加热蒸发部分水分后用超声分离机进行均匀处理得到。优选地，步骤(1)中所述柔性衬底的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)或聚二甲基硅氧烷(PDMS)。优选地，步骤(1)中所述柔性衬底在使用前依次经等离子清洗、丙酮清洗、乙醇清洗，然后用氮气吹扫干净。优选地，步骤(1)中所述的干燥是指在70～80℃烘箱干燥或自然冷却干燥。优选地，步骤(2)中所述碾压碎裂成微米级碎片的具体步骤为：采用表面具有0.1～0.5μm直径压槽的碾压滚碾压柔性衬底表面的二氧化硅薄膜，使二氧化硅薄膜碎裂成微米级碎片。优选地，步骤(3)中所述银纳米颗粒的平均粒径为20～50nm。优选地，步骤(5)中所述电镀处理的电压为20V，电镀时间为3～5min。一种银纳米网格柔性透明电极，通过上述方法制备得到。本专利技术原理为：硅溶胶为纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液，将硅溶胶在柔性衬底上旋涂后形成一层液体薄膜，然后经过干燥固化后，就形成了一层很脆的薄膜，然后将二氧化硅薄膜采用碾压滚装置进行破碎，由于碾压滚表面具有微米级的压槽，使得整个固化薄膜产生随机的微米级破碎，在不同的碎片之间就留有缝隙，然后再铺一层银纳米颗粒，并放在烘箱中烧结，使得银纳米颗粒烧结成型，由于银纳米颗粒分为两部分，一部分是位于二氧化硅薄膜碎片表面的银纳米颗粒，由于二氧化硅薄膜碎片作为了一层牺牲层，因此，在烧结成型后通过去离子水直接冲洗掉就可以，另外一部分是位于二氧化硅薄膜破碎片之间缝隙的银纳米颗粒，这部分烧结之后形成一个连续的银纳米网格线状结构，且与柔性衬底的粘附性能好，这样透明电极的初步制作完成，但此时的银纳米网格相对而言电阻较大，而且容易存在不连续点即断裂点，断裂点的存在能极巨增大透明导电电极的电阻值，为了减少整个透明电极的电阻值，最好的方法是将断裂点进行愈合连接，接下来我们将透明电极放入到硝酸银电解液中，然后通电流可以将银纳米网格在垂直和横向两个方向自然生长，在银纳米网格生长的过程中，不但可以增加电极网格的厚度，而且可以将缺陷部位连接，通过这种方法可以进一步减少透明电极的电阻。本专利技术的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果：相对传统的磁控溅射、热蒸镀方法需要在真空环境下进行，成本高而且工艺复杂，本专利技术的方法相对简单，制作成本低，且可以通过控制二氧化硅厚度、碾压滚结构以及电镀时间和电镀功率，达到裂纹网格和电阻率可控，同时该透明电极的银网格附着性能好。附图说明图1是本专利技术实施例1步骤(4)中经过碾压滚破碎后所得碎裂成微米级碎片的二氧化硅薄膜的局部放大图。图2是本专利技术实施例1步骤(5)中向柔性衬底表面平铺沉积一层银纳米颗粒的局部截面放大示意图。图3是本专利技术实施例1步骤(5)中银纳米颗粒烧结成型后的局部截面放大示意图。图4是本专利技术实施例1中步骤(6)所得附着连续网格银纳米线的柔性衬底的局部放大示意图。图5是本专利技术实施例1中步骤(7)经过电镀后所得银纳米网格柔性透明电极的局部截面放大示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1本实施例的一种银纳米网格柔性透明电极的制备方法，具体步骤如下：(1)将质量浓度为40％、颗粒直径为10nm的硅溶胶先经过加热蒸发部分水分提高硅溶胶质量浓度到70％，然后用超声分离机进行均匀处理，待用。(2)将PET柔性衬底依次用等离子清洗机清洗600s、丙酮清洗、乙醇清洗，最后用氮气吹扫干净。(3)将步骤(1)所得提高浓度的硅溶胶滴在步骤(2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种银纳米网格柔性透明电极的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：(1)将硅溶胶均匀旋涂至柔性衬底表面，干燥后在柔性衬底表面凝结生成连续的二氧化硅薄膜；(2)将柔性衬底表面的二氧化硅薄膜碾压碎裂成微米级碎片；(3)在表面具有二氧化硅薄膜碎片的柔性衬底上平铺沉积一层银纳米颗粒，然后在80～100℃温度下保温烧结，将位于二氧化硅薄膜碎片缝隙之间的银纳米颗粒烧结成连续的银纳米网格线；(4)用去离子水冲洗除去柔性衬底上的二氧化硅薄膜碎片及附着在二氧化硅薄膜碎片表面的银纳米颗粒膜，得到附着在柔性衬底的连续网格银纳米线；(5)将表面附着连续网格银纳米线的柔性衬底在硝酸银溶液中进行电镀处理，得到银纳米网格柔性透明电极。

【技术特征摘要】
1.一种银纳米网格柔性透明电极的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：(1)将硅溶胶均匀旋涂至柔性衬底表面，干燥后在柔性衬底表面凝结生成连续的二氧化硅薄膜；(2)将柔性衬底表面的二氧化硅薄膜碾压碎裂成微米级碎片；(3)在表面具有二氧化硅薄膜碎片的柔性衬底上平铺沉积一层银纳米颗粒，然后在80～100℃温度下保温烧结，将位于二氧化硅薄膜碎片缝隙之间的银纳米颗粒烧结成连续的银纳米网格线；(4)用去离子水冲洗除去柔性衬底上的二氧化硅薄膜碎片及附着在二氧化硅薄膜碎片表面的银纳米颗粒膜，得到附着在柔性衬底的连续网格银纳米线；(5)将表面附着连续网格银纳米线的柔性衬底在硝酸银溶液中进行电镀处理，得到银纳米网格柔性透明电极。2.根据权利要求1所述的一种银纳米网格柔性透明电极的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的硅溶胶的质量浓度为70％、颗粒直径为10～20nm。3.根据权利要求1所述的一种银纳米网格柔性透明电极的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述柔性衬底的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘敏强，董关平，刘赛，史碧波，高进伟，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44