包括纳米结构体的导电聚合物膜、制备聚合物膜的方法以及包括该膜的电子装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种分散体和一种聚合物膜，所述聚合物膜包含以下物质的混合物：(i)导电聚合物，以及(ii)各向异性导电纳米结构体；还公开了一种聚合物组合物，其包含(a)液体载体；(b)溶于或分散在所述液体载体中的导电聚合物，以及(c)分散在所述液体载体中的各向异性导电纳米结构；还公开了一种制备聚合物膜的方法。还公开了一种电子装置。本发明专利技术的各聚合物膜和本发明专利技术的电子装置中的聚合物膜部件典型地提供了高导电性和高光学透射率。

Conductive polymer film including nanostructure, method for producing polymer film, and electronic device including the same

The invention discloses a dispersion and a polymer film, a mixture of the polymer membrane comprises the following materials: (I) a conductive polymer, and (II) anisotropic conductive nano structure; also discloses a polymer composition comprising a liquid carrier (a); (b) conductive polymer in solution or dispersed in the liquid carrier, and (c) anisotropic conductive nanostructures dispersed in the liquid carrier; also discloses a preparation method of polymer film. An electronic device is also disclosed. The polymer film of the present invention and the polymer film component in the electronic device of the present invention typically provide high conductivity and high optical transmittance.

【技术实现步骤摘要】
包括纳米结构体的导电聚合物膜、制备聚合物膜的方法以及包括该膜的电子装置本申请是申请日为2011年12月7日，专利技术名称为“导电纳米结构体、制备该纳米结构体的方法、包括该纳米结构体的导电聚合物膜以及包括该膜的电子装置”的中国专利申请No.2011800667522的分案申请。
本专利技术涉及包括纳米结构体的导电聚合物膜、制备聚合物膜的方法以及包括该膜的电子装置。
技术介绍
透明导体(例如铟锡氧化物(ITO))将金属的导电性与玻璃的光学透明性组合，并且可用作电子装置(例如显示装置)的部件。对ITO而言，挠性可能成为主要的挑战，ITO似乎并不适合下一代的显示装置、照明装置或光伏器件。这些担忧促使人们利用常规材料和纳米材料来研究替代品。有很多用于开发ITO替代品的技术方案，并且这些可供替代的方案在以下四个方面展开竞争：价格、导电性、光学透明性和物理回弹性。已经研究了导电聚合物，例如聚噻吩聚合物(特别是聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)与聚(苯乙烯磺酸盐)("PEDOT-PSS")的聚合物共混物)作为可能的ITO替代品。导电聚合物的导电性通常低于ITO，但是可以通过使用导电填料和掺杂剂而得到加强。制备导电金属纳米结构体的方法是已知的。文献“Ducamp-Sanguesa,et.al.,SynthesisandCharacterizationofFineandMonodisperseSilverParticlesofUniformShape,JournalofSolidStateChemistry100,272-280(1992)”和2009年9月8日授权的YounanXia等的美国专利No.7,585,349分别描述了在有机保护剂(如聚乙烯吡咯烷酮)的存在下，在乙二醇中通过还原银化合物来合成银纳米丝。已经描述了封装在导电聚合物中的含有银纳米丝网络的结构体。美国专利申请公开No.2008/0259262描述了通过以下方式来形成所述结构体：在基底上沉积金属纳米丝网络，然后(例如)通过使用金属纳米丝网络作为电极来进行电化学聚合反应，在原位形成导电聚合膜。美国专利申请公开No.2009/0129004描述了通过以下方式形成所述结构体：过滤银纳米丝分散体从而形成银纳米丝网络，对所述网络进行热处理，将经热处理的网络进行转印，并将转印的网络与聚合物封装。在一些情况中，这样的导电聚合物/银纳米丝复合膜的性能可与由ITO的相当，然而获得表现出该水平性能的复合膜所需要的处理是特别苛刻的，例如，上述膜需要进行诸如热处理和压缩等处理步骤，从而确保在复合膜的导电纳米丝之间形成充分的电连接，从而提供具有高导电性和透明性的膜。正在进行但尚未解决的关注点在于提高导电聚合物膜的导电性和光学透明性。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术涉及一种分散体，其包含：液体介质，以及基于100重量份("pbw")的所述分散体，约0.1重量份至约5重量份的分散在所述液体介质中的银纳米丝，其中所述银纳米丝具有小于或等于60nm的平均直径以及大于100的平均长径比，并且基于100重量份的所述银纳米丝，所述分散体包含小于1重量份的乙烯基吡咯烷酮聚合物。在第二方面，本专利技术涉及一种制备银纳米丝的方法，该方法在惰性气氛中，在170℃至185℃的温度下，并且在氯化银或溴化银颗粒以及至少一种有机保护剂的存在下，使以下物质发生反应：(a)至少一种多元醇，以及(b)至少一种在被还原时能够生成银金属的银化合物。在第三方面，本专利技术涉及一种聚合物膜，其包含以下物质的混合物：(a)导电聚合物，以及(b)银纳米丝，其中，基于100重量份的所述银纳米丝，所述膜含有小于1重量份的乙烯基吡咯烷酮聚合物。在第四方面，本专利技术涉及一种聚合物膜，其包含以下物质的混合物：(i)导电聚合物，和(ii)碳纳米纤维。在第五方面，本专利技术涉及一种聚合物组合物，其包含：(a)液体载体，(b)溶于或分散在所述液体载体中的导电聚合物，以及(c)分散在所述液体载体中的各向异性导电纳米结构体。在第六方面，本专利技术涉及一种制备聚合物膜的方法，包括：(1)形成聚合物组合物的层，所述聚合物组合物包含(a)液体载体，(b)一种或多种溶于或分散在所述液体载体中的导电聚合物，以及(c)分散在所述液体载体中的各向异性导电纳米结构体，以及(2)从所述层中除去所述液体载体。在第七方面，本专利技术涉及一种电子装置，其包括至少一种根据本专利技术所述的聚合物膜。本专利技术的各聚合物膜和本专利技术的电子装置中的聚合物膜部件典型地提供了高导电性和高光学透射率。附图说明图1示出本专利技术的电子装置的示意图。图2示出用于测量实施例1至18和比较例C1的膜的薄层电阻的双电极构造，该图中示出的样品膜为实施例13的膜。图3示出实施例9至13的导电聚合物膜的薄层电阻和透射率，其作为银纳米丝含量的函数。图4示出实施例13至16的导电聚合物膜的薄层电阻和透射率，其作为旋涂速度的函数。图5示出了根据纳米丝的百分比相对于长度而绘制的实施例19的银纳米丝的样品总体的长度分布。具体实施方式如本文所用，以下术语具有如下的含义：“酸性基团”是指能够离子化以贡献氢离子的基团，“阳极”是指与给定的阴极相比能更有效地注入空穴的电极，“缓冲层”通常指在电子装置中具有一种或多种功能的导电或半导体材料或结构，所述功能包括但不限于：使装置中相邻的结构(例如底层)平面化；电荷转移和/或电荷注入特性；清除诸如氧或金属离子等杂质；以及促进或提高电子装置的性能的其他方面。“阴极”是指能特别有效地注入电子或负电荷载体的电极。“约束层(confinementlayer)”是指阻止或防止在层的界面处发生猝灭反应的层。本文所用的与导电聚合物有关的“掺杂”是指导电聚合物与该导电聚合物的聚合物平衡离子结合，在本文中，所述聚合物平衡离子称为“掺杂剂”，并通常为聚合酸，其在本文中被称为“聚合酸掺杂剂”。“掺杂的导电聚合物”是指包含导电聚合物和该导电聚合物的聚合物平衡离子的聚合物共混物。“导电聚合物”是指在不添加导电填料(例如炭黑或导电金属颗粒)的情况下，本身或本来就能够导电的任何聚合物或聚合物共混物，更通常是指表现出大于或等于10-7西门子/厘米("S/cm")的体电导率的任何聚合物或低聚物，除非另有指明，本文提到的“导电聚合物”包含任何任选的聚合酸掺杂剂。“导电”包括导电和半导电。本文所用的与材料或结构有关的“电活性”是指所述材料或结构表现出电或电辐射性质，例如发出辐射，或者在接收辐射时表现出电子空穴对浓度变化的电荷。“电子装置”是指包括一个或多个含有一种或多种半导体材料的层，并且通过该一个或多个层利用电子的受控运动的装置。如本文所用的与材料或结构有关的“电子注入/转移”是指，所述材料或结构促进或推动负电荷通过所述材料或结构迁移进入另一种材料或结构。“高沸点溶剂”是指在室温下为液体并具有大于100℃的沸点的有机化合物。如本文所用的与材料或结构有关的“空穴转移”是指，所述材料或结构以相对有效和少量电荷损失的方式推动正电荷迁移通过所述材料或结构的厚度。本文所用的与电子装置有关的“层”是指覆盖所述装置的所需面积的涂层，其中所述面积并不限于大小，即被该层覆盖的面积可以(例如)与整个装置一样大、与该装置的特定的功能面积一样大(例如实际视觉显示)、或者本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分散体，其包含液体介质，以及基于100重量份的所述分散体，约0.1重量份至约5重量份的分散在所述液体介质中的银纳米丝，其中所述银纳米丝具有5nm至60nm的平均直径以及大于400的平均长径比，并且基于100重量份的所述银纳米丝，所述分散体含有小于1重量份的乙烯基吡咯烷酮聚合物。

【技术特征摘要】
2010.12.07 US 61/459,1761.一种分散体，其包含液体介质，以及基于100重量份的所述分散体，约0.1重量份至约5重量份的分散在所述液体介质中的银纳米丝，其中所述银纳米丝具有5nm至60nm的平均直径以及大于400的平均长径比，并且基于100重量份的所述银纳米丝，所述分散体含有小于1重量份的乙烯基吡咯烷酮聚合物。2.根据权利要求2所述的分散体，其中所述液体介质包含水、(C1-C6)链烷醇和非离子型表面活性剂。3.一种聚合物膜，包含以下物质的混合物：(a)导电聚合物，以及(b)银纳米丝的网络，其中，基于100重量份的所述银纳米丝，所述膜包含小于1重量份的乙烯基吡咯烷酮聚合物；其中所述银纳米丝具有5nm至60nm的平均直径以及大于400的平均长径比。4.根据权利要求3所述的聚合物膜，其中所述导电聚合物包含聚苯胺聚合物、聚噻吩聚合物与聚合酸掺杂剂的混合物。5.根据权利要求4所述的聚合物膜，其中所述聚噻吩聚合物的每分子所述聚合物含有符合结构(I.a)的两个或更多个单体单元：其中：每个所存在的R13独立地为H、烷基、羟基、杂烷基、烯基、杂烯基、羟烷基、酰胺基磺酸基团或酰胺基磺酸酯基团或酰胺基磺酸盐基团、苄基、羧酸基团或羧酸酯基团或羧酸盐基团、醚、醚羧酸基团或醚羧酸酯基团或醚羧酸盐基团、醚磺酸基团或醚磺酸酯基团或醚磺酸盐基团、酯磺酸基团或酯磺酸酯基团或酯磺酸盐基团、或氨基甲酸基团或氨基甲酸酯基团或氨基甲酸盐基团，并且m'为2或3，并且所述聚合酸掺杂剂包含聚(苯乙烯磺酸盐)。6.根据权利要求3所述的聚合物膜，其中所述各向异性导电纳米结构体包含平均直径为约10nm至约50nm并且长度为约5μm至约150μm的银纳米丝。7.根据权利要求3所述的聚合物膜，其中所述银纳米丝具有10nm至50nm的平均直径以及大于400的平均长径比。8.根据权利要求3所述的聚合物膜，其中所述膜表现出的薄层电阻为小于或等于150欧姆/平方。9.根据权利要求3所述的聚合物膜，其中所述膜表现出的薄层电阻为小于或等于100欧姆/平方。10.根据权利要求3所述的聚合物膜，其中所述膜表现出这样的薄层电阻：(a)在所述膜中每100重量份的所述膜含有小于或等于X1重量份的银纳米丝的情况下，所述薄层电阻小于或等于根据等式(2.1)计算得到的值：SR＝-62.4X+308等式(2.1)，或者(b)在所述膜中每100重量份的所述膜含有大于X1重量份的银纳米丝的情况下，所述薄层电阻小于或等于根据等式(2.2)计算得到的值：SR＝-2.8X+B1Eq.(2.2)其中：SR为薄层电阻，由欧姆/平方表示，X为所述膜中银纳米丝的量，由每100重量份所述膜中所述银纳米丝的重量份表示，X1为等于(1050/所述银纳米丝的平均长径比)的数，并且B1为175。11.根据权利要求3所述的聚合物膜，其中所述膜在550nm下表现出光学透射率为大于或等于50％。12.根据权利要求3所述的聚合物膜，其中所述膜在550nm下表现出光学透射率为大于或等于75％。13.根据权利要求3所述的聚合物膜，其中所述膜在550nm下表现出光学透射率为大于或等于根据等式(3)计算得到的值：T＝-0.66X+B2等式(3)其中：T为光学透射率，用百分比(％)表示，X为所述膜中所含的银纳米丝的量，由每100重量份的所述膜中所述银纳米丝的重量份表示，并且B2为50。14.根据权利要求3所述的聚合物膜，其中所述膜承载在基底上...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾哈迈德·阿尔赛义德，劳伦斯·霍夫，尚塔尔·巴德尔，
申请(专利权)人：罗地亚管理公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR