一种蜘蛛网状透明导电电极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种蜘蛛网状透明导电电极的制备方法，包括以下步骤：(1)制作蜘蛛网模板，用金属框捞取天然蜘蛛网，使其平铺在金属框上，制成蜘蛛网模板；(2)沉积金属薄膜，在蜘蛛网模板上沉积金属薄膜，形成蜘蛛网状金属电极；(3)制备蜘蛛网状透明导电电极，将蜘蛛网状金属电极转移至衬底上，获得蜘蛛网状透明导电电极。该方法工艺简单、流程少、造价低廉；本发明专利技术采用了仿生技术，在宏观及微观上都复制了蜘蛛网的结构和形貌特征，因此制备的蜘蛛网状透明导电电极具有很好的导电性和透光性，且具有很强的柔韧性和拉伸弹性，可进行弯曲、折叠和拉伸，并具有一定的自我修复能力。

【技术实现步骤摘要】
—种蜘蛛网状透明导电电极的制备方法
本专利技术属于透明导电电极
，具体涉及。
技术介绍
自然界的创造力总是令人惊奇，自然界的生物体在亿万年的进化过程中，为了适应环境求得生存，其自身的结构经过不断的磨合累积，形成了微观复合、宏观完美的结构。其特殊的微观结构、优异的特性、良好的功能适应性及快速愈合等功能都是人工材料所无法比拟的。其通过复杂结构的精细组合，从而具有许多独有的特点和最佳的综合性能。道法自然，向自然界学习，采用仿生学原理，设计、合成并制备新型仿生材料，是近年快速崛起和发展的研究领域，并已成为材料、化学、物理、生物、纳米技术、制造技术及信息技术等多学科交叉的前沿方向之一。天然蜘蛛丝是蜘蛛经由其丝腺体分泌的一种天然蛋白生物材料，属于一种生物弹性体纤维，它具有很高的强度、弹性、柔韧性、伸长度和抗断裂性能，以及比重小、较耐紫外线、生物可降解等优点，其优异的综合性能是包括蚕丝在内的天然纤维和合成纤维所无法比拟的，是自然界产生的最好的结构和功能材料之一，是迄今为止发现的综合性能最为优异的天然纤维材料。蜘蛛丝中较细的直径只有IOOnm的数量级，是真正的纳米纤维。一般来说，透明导电电极是指对入射光波长范围在380nm到780nm之间的光谱的透射率大于80%、且电阻率低于10_3Ω.cm的薄膜电极。1907年Badeker首次报道半透明导电CdO材料,直到第二次世界大战，透明导电薄膜(Transparent conductive film,TCF)材料才得到足够的重视和应用。现在，TCF材料(例如ITO (Indium tin oxide))、TFO(fluorine-doped tin oxide))已经广泛地应用在平板显示,节能玻璃和太阳能电池中。从物理角度看，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ΙΤ0，以及AZ0(Al-doped ZnO)；从金属薄膜到聚合物薄膜；从单一组分到多元材料；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ΙΤ0，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太阳能电池电极本身导电性有限，且质脆易碎，不易变形等缺陷，同时原料资源日益稀缺，价格昂贵。传统电极的组成材料和制备工艺，例如晶体硅太阳能电池中的大尺寸银浆栅线电极，其昂贵的丝网印刷、高温退火工艺；薄膜太阳能电池中的金属氧化物(例如ΙΤ0)电极与真空镀膜工艺等，在一定程度上，提高了电池的成本，而且某些苛刻的工艺条件对电池的光电转化效率和其它性能造成了一定的影响。因此，太阳能电池透明导电电极的新材料、新结构以及新工艺的研究，是高效率低成本太阳能电池的重要研究方向。近年来随着微纳米技术的发展，透明导电电极开拓的一个新领域是二维微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。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，且碳管的均匀分散和碳管之间的欧姆电阻问题限制了薄膜的面内导电性。透明导电薄膜除了优良的导电性，还需要优良的光透射率，光电导率之比(oDC/0()pt，Odc决定电极面电阻，σ _决定薄膜光透过率)很好的描述透明导电薄膜的光电性能。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和光透射率。由于银是电良导体，导电性好，因而微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)。同时微纳米银线的粒径小于可见光入射波长时，金属微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。同时微纳米银线电极适合柔性、大面积低成本生产。因而微纳米银线电极将成为现在ITO透明导电电极的有利替代者。正是由于具有上述优点和良好的应用前景，微纳米银线电极近年来受到国内外广泛的关注。微纳米银线用作电极主要包括两种方式，一是液相法大面积制备随机纳米银线薄膜电极，该方式的重要问题在于调控纳米银线薄膜电极的结构，实现纳米银线电极的光学透射率和导电性的协同提高难以实现。二是有序的网格电极，即在衬底表面通过丝网印刷、电子束、聚焦离子束刻蚀等技术获得规则宏观或微纳米尺度栅线。其昂贵的制备方法(丝网印刷、离子束和电子束刻蚀等)也大幅地提高了生产成本。因此，如何低成本地制备具有优异光电特性，良好导电性，及具备柔性和拉伸性能等优异特征的微纳米尺度透明导电电极成为该领域的关键问题。同时透明导电电极也是触摸屏、显示器、有机光源等器件的关键部件，决定这些器件的性能。所以低成本制备微纳米级金属网格透明导电电极对光伏，触摸屏等行业的有着重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，该方法制成的透明导电电极具有优良的导电性，较高的光透射率，较低的制作成本，且具备较强的柔性，可弯曲、拉伸和折叠等方面的性能。本专利技术的上述目的是通过如下技术方案来实现的:，包括以下步骤:(I)制作蜘蛛网模板，用金属框捞取天然蜘蛛网，使其平铺在金属框上，制成蜘蛛网模板；(2)沉积金属薄膜，在蜘蛛网模板上沉积金属薄膜，形成蜘蛛网状金属电极；(3)制备蜘蛛网状透明导电电极，将蜘蛛网状金属电极转移至衬底上，获得蜘蛛网状透明导电电极。本专利技术步骤(I)中的蜘蛛网模板可以优选通过下述方法制备获得:制作金属框:根据蜘蛛网的大小制作大小合适的金属框；捞取蜘蛛网:用金属框进行捞取天然蜘蛛网，使其平铺在金属框上，制成蜘蛛网模板。其中蜘蛛网可以来自人工养殖蜘蛛的蜘蛛网，也可以来自自然环境中蜘蛛所产的蜘蛛网。本专利技术步骤(I)中蜘蛛网的捞取过程可重复多次，从而得到单层、双层或多层的蜘蛛网，从而蜘蛛网的分布疏密程度会有较大改变。本专利技术所述蜘蛛网优选为迷宫漏斗蛛(Agelena Iabyrinthica)的蜘蛛网，该蜘蛛网最细蜘蛛丝的直径仅为IOOnm左右，是天然的纳米纤维。作为本专利技术的一种优选的实施方式，本专利技术制作的金属框形状优选为矩形，尺寸大小优选为3cmX4cm ;金属框制作材料优选为直径为0.5mm?Imm的金属线。本专利技术步骤(2)中优选使用磁控溅射法沉积金属薄膜，磁控溅射时功率优选为100?200W，磁控腔室内温度优选为25?30°C，样品表面温度优选为30?60°C，镀膜时间优选为10?15分钟。由于磁控溅射样品表面有一定的温度，而蜘蛛网主要由蛋白质构成，耐高温能力较差，所以磁控溅射所使用的功率一般小于200W，如果功率过大，会使样品表面温度过高，影响样品质量；同样功率不宜过低(不低于100W)，过低会导致膜层不够致密，影响导电性能。一般来说，保持较长的镀膜时间和较低功率沉积效果更好。本专利技术步骤⑵中金属薄膜的厚度优选为80?300nm。本专利技术步骤(2)中所述金属薄膜中金属优选为银、金、铝、铜和镍中的一种或几种。其中，金属铜和铝可以部分或全部代替银从而降低成本，而银镍合金可以调节功函数于一定值，使电极与器件得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蜘蛛网状透明导电电极的制备方法，其特征是包括以下步骤：(1)制作蜘蛛网模板，用金属框捞取天然蜘蛛网，使其平铺在金属框上，制成蜘蛛网模板；(2)沉积金属薄膜，在蜘蛛网模板上沉积金属薄膜，形成蜘蛛网状金属电极；(3)制备蜘蛛网状透明导电电极，将蜘蛛网状金属电极转移至衬底上，获得蜘蛛网状透明导电电极。

【技术特征摘要】
1.一种蜘蛛网状透明导电电极的制备方法，其特征是包括以下步骤: (1)制作蜘蛛网模板，用金属框捞取天然蜘蛛网，使其平铺在金属框上，制成蜘蛛网模板； (2)沉积金属薄膜，在蜘蛛网模板上沉积金属薄膜，形成蜘蛛网状金属电极； (3)制备蜘蛛网状透明导电电极，将蜘蛛网状金属电极转移至衬底上，获得蜘蛛网状透明导电电极。2.根据权利要求1所述的蜘蛛网状透明导电电极的制备方法，其特征是:步骤(I)中用金属框单次或多次捞取天然蜘蛛网，形成单层或多层蜘蛛网并平铺在金属框上，制成蜘蛛网模板。3.根据权利要求1或2所述的蜘蛛网状透明导电电极的制备方法，其特征是:步骤(I)中所述的蜘蛛网为迷宫漏斗蛛所产的蜘蛛网。4.根据权利要求1所述的蜘蛛网状透明导电电极的...

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