柔性透明复合离子液体凝胶导电电极的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种柔性透明复合离子液体凝胶导电电极的制备方法。本发明专利技术的复合离子液体凝胶，由聚合物单体和离子液体单体形成柔性透明的聚合物网络骨架，通过引入导电纳米材料提高其电导。本发明专利技术还公开了这类复合离子凝胶用于柔性透明电极的制备方法。本发明专利技术提供的复合离子液体凝胶柔性透明电极无需引入柔性透明基底，力学性能优异，克服了现有柔性透明电极技术中基底与导电薄膜匹配性不好导致的附着性差，基底化学稳定性、耐温性差的缺点，具有制备过程简单、成本低、长效稳定的特点，而且复合离子液体凝胶的电阻可调，该透明电极尤其适用于制备可穿戴电子设备、柔性显示屏、太阳能电池、薄膜晶体管、有机EL面板。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子器件制备与应用领域，涉及利用复合离子液体凝胶制备柔性透明导电电极的方法。
技术介绍
柔性透明电极在电子与光电子产业的发展中占有举足轻重的地位，是制备众多电子与光电子元器件不可缺少的光电功能材料。目前，柔性透明电极主要是在透明有机聚合物基底上，采用溶胶-凝胶法、化学气相沉积、真空蒸发沉积、溅射沉积、脉冲激光沉积等制备导电薄膜(J.A.Lewis et al.Science, 323，1590-1593 (2009) ； R.B.Kaneret al.Science, 335, 1326-1330 (2012) ； D.B.Janes et al.Nature Nanotech, 2,378-384 (2007)； Y.Cui et al.Nature Nanotech, 8，421-425 (2013))。但是，该方法存在致命弱点。首先，在透明电极市场中占主导的导电薄膜是氧化铟锡(ΙΤ0)，面临资源枯竭，制备工艺昂贵等缺点，而且铟有毒性，对环境造成污染。其次，透明有机聚合物基底不耐高温，如耐高温性能相对较好的PET和PI，也仅仅可以承受200°C的高温。而导电薄膜的制备工艺通常需要更高的温度才能提升薄膜的致密度，达到优异的导电性能。再次，有机聚合物基底与导电薄膜的匹配性差，极大降低了二者之间的粘附力，对于器件的长期使用是致命缺陷。为解决铟资源匮乏问题，银纳米线作为透明导电层，得到了研究机构和工业界的广泛关注。然而，银纳米线的制备过程复杂，易被硫化而降低导电性。因此急需发展一种新型柔性透明电极，既能解决资源匮乏、工艺成本高的难题，又能满足长期使用的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用复合离子液体凝胶制备柔性透明导电电极的方法。该方法无需透明有机聚合物基底，并且能够调节离子液体凝胶的电阻。本专利技术中还提供了一种柔性透明导电电极，为复合离子液体凝胶；其特征在于:通过化学交联的双网络结构，增强复合离子液体凝胶的力学性能；通过在其中均匀地混合有金属纳米材料、半导体纳米材料或导电高分子调节透明电极的电阻。本专利技术在利用复合离子液体凝胶制备柔性透明导电电极的方法通过以下技术方案实现。一种制备柔性透明导电电极的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: Cl)制备透明多孔的聚合物网络； (2)将步骤(I)制备的透明多孔聚合物网络用离子液体预聚液溶胀达到平衡； (3)用光或热引发形成双网络结构，得到透明复合离子液体凝胶； 所述透明复合离子液体凝胶构成所述导电电极。通过在加入金属/半导体纳米材料或导电高分子的方式调节复合离子液体凝胶透明电极的电阻。加入方法分为两种:一为在步骤(2)的离子液体预聚液中加入金属/半导体纳米材料和/或导电高分子并搅拌至均匀状态，然后按照步骤(3)所述引发聚合和/或交联反应，形成复合离子液体凝胶透明电极；二为在步骤(3)中制备的复合离子液体凝胶表面通过旋涂的方法引入导电高分子，形成复合离子液体凝胶透明电极。复合离子液体凝胶透明电极的应用 制备的复合离子凝胶透明电极可用于制备可折叠电子显示器，比如手机、电脑显示器、手表、可视化眼镜等。也可用于制备可弯曲薄膜晶体管或者可弯曲太阳能电池。本专利技术中的上述步骤(I)中，聚合物单体或聚合物、引发剂、交联剂以一定比例溶解于溶剂中，均匀搅拌后加入致孔剂，继续搅拌至均匀状态，然后涂覆到聚四氟乙烯基底上，在交联剂存在下，或光/加热状态下引发反应形成透明的凝胶，最后除去致孔剂得到多孔聚合物网络结构。此类多孔聚合物网络结构用于下一步制备复合离子液体凝胶透明电极。本专利技术中所述的聚合物单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、N，N- 二乙基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸N，N- 二甲基氨基乙酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、4-乙烯基吡啶、苯乙烯中的一种或多种；聚合物为聚乙烯醇、海藻酸钠、壳聚糖中的一种或多种。本专利技术中的上述步骤(2)中的离子液体预聚液分为含双键离子液体单体和功能性聚离子液体两种。含双键离子液体单体为咪唑类、吡啶类、季铵盐类、季磷盐类、吡咯烷类、哌啶类离子液体中的一种或多种。咪唑类如1-乙烯基-3-乙基咪唑二腈胺盐、；吡啶类如N-乙烯基吡啶四氟硼酸盐；季铵盐类如三丁基乙烯基铵(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、季磷盐类如三丁基乙烯基溴化膦、吡咯烷类如N-乙烯基-N-甲基吡咯烷溴盐；哌啶类如N-乙烯基-N-甲基哌啶溴盐。功能性聚离子液体为聚(1-乙烯基-3-羧乙基咪唑硝酸盐)、聚(1-乙烯基-3-羟乙基咪唑四氟硼酸盐)、聚(1-乙烯基-3-胺丙基咪唑硝酸盐)、聚(1-乙烯基-3-乙基咪唑二腈胺盐)。 本专利技术中的所述的溶剂是水、乙醇、丙酮中的一种或几种。本专利技术中的所述的离子液体/溶剂的重量比例是1000/2000-1000/0。本专利技术中的所述的单体引发剂是安息香乙醚、二苯基乙酮、二苯甲酮、过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化苯甲酰、过氧化二叔丁基、偶氮二异丁腈中的一种或多种。本专利技术中所述的交联剂是N，N-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、戊二醛、氯化钙水溶液、二异氰酸酯中的一种或多种。本专利技术中所述的致孔剂是碳酸氢钠、硅胶、聚乙二醇中的一种或多种。本专利技术中所述的引发剂/聚合物单体的质量比例是1/1000-20/1000。本专利技术中所述的交联剂/聚合物单体的质量比例是1/1000-50/1000。本专利技术中所述的致孔剂/聚合物单体的质量比是5/1000-500/1000。本专利技术中的所述的光引发波长为250 nm-420 nm。本专利技术中的所述的加热温度是70-90 °C。本专利技术中的所述的改变离子凝胶层电阻的金属/半导体纳米材料是金纳米线、银纳米线、铜纳米线、碳纳米管、石墨烯薄层中的一种或多种；导电高分子为聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)_聚(苯乙烯磺酸)中的一种或多种。本专利技术中的所述的离子液体/添加纳米材料的重量比例是1000/1-1000/1000。本专利技术提供的复合离子液体凝胶透明电极，克服了现有透明电极技术中成本高，工艺复杂，原料稀缺，透明有机聚合物基底不耐高温，有机聚合物基底与导电薄膜粘附力差的缺陷。通过化学交联的双网络向离子液体凝胶中添加金属纳米材料，本专利技术可以调节离子凝胶导电层的电阻。本专利技术得到的离子凝胶透明电极经过长达一年的放置不会损坏或者导电性下降，且经过一小时的紫外光照对其形成无影响，生成的导电层性质稳定。本专利技术的方法操作简便、易于控制、所需设备简单、能够大规模生产，该透明电极尤其适用于制备可视电子设备的屏幕、可穿戴电子设备、可弯曲太阳能电池、可弯曲发光二极管、有机电致发光面板。【附图说明】图1是本专利技术的柔性透明复合离子液体凝胶导电电极的示意图【具体实施方式】以下实施例仅是对本专利技术的技术方案作进一步的说明，而不是对本专利技术的技术方案进行限制。实施例1 (I)透明多孔聚合物网络的制备方法 单体丙烯酰胺、引发剂过硫酸钾、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺、致孔剂碳酸氢钠以重量比1000/10/30/5重量比溶解于水中(丙烯酰胺/水的重量比例是150/1000)，搅拌至均匀状态。然后在80 °C加热状态下反应形成凝胶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备柔性透明导电电极的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：（1）制备透明多孔的聚合物网络；（2）将步骤（1）制备的透明多孔聚合物网络用离子液体预聚液溶胀达到平衡；（3）用光或热引发形成双网络结构，得到透明复合离子液体凝胶；所述透明复合离子液体凝胶构成所述导电电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：江雷，刘洪亮，苏彬，
申请(专利权)人：北京天恒盛通科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11