一种具有凹陷结构的透明导电电极及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有凹陷结构的透明导电电极及其制备方法，其中，所述透明导电电极包括导电纳米纤维和基材，所述导电纳米纤维凹陷于基材的表面，所述基材为透明基材。其制备方法为先纺成复合纳米纤维，然后在热和重力作用下将复合纳米纤维凹陷进基材，从而获得具有凹陷结构的透明电极。采用本发明专利技术的技术方案，所得的透明导电电极具有优异的可见光透过性、导电性及柔韧性，应用领域十分广泛；而且成本低廉、工艺简单、重复性好。

【技术实现步骤摘要】
一种具有凹陷结构的透明导电电极及其制备方法
本专利技术属于材料
，尤其涉及一种具有凹陷结构的透明导电电极及其制备方法。
技术介绍
透明导电薄膜在触摸屏、显示器、加热器、生物传感器抗静电、新能源、太阳能电池、柔性电子、可穿戴电子等方面具有广泛的应用前景。目前在透明导电薄膜中，一般采用氧化铟锡作为主要的透明导电电极材料。但氧化铟锡材料本身的脆性限制了其在柔性电子器件和可穿戴设备领域中的应用。金属纳米线和金属纳米纤维因优异的电学性能、光学性能及柔韧性，被视为制备新一代透明电极的最佳材料，然而，金属纳米线和金属纳米纤维形成的透明电极往往存在接触电阻和表面粗糙度较大的问题，这就限制了透明电极的光电性能表现，而粗糙度问题则会引起尖端放电，从而使器件破坏受损。另外，由于材料处于纳米尺度，其在耐酸碱腐蚀及高温等方面的表现多逊于块体。
技术实现思路
针对以上技术问题，本专利技术公开了一种具有凹陷结构的透明导电电极及其制备方法。所得的透明导电电极由金属纳米纤维凹陷于基材内构成，提高了电导率和透过率，且增加透明电极机械性能，电极结构新颖，性能优异，方法成本低廉、工艺简单、重复性好、热处理温度。对此，本专利技术采用的技术方案为：一种具有凹陷结构的透明导电电极，所述透明导电电极包括导电纳米纤维和基材，所述导电纳米纤维凹陷于基材的表面。作为本专利技术的进一步改进，所述导电纳米纤维的表面设有电镀金属层。优选的，所述电镀金属层的材质为金、银、铜、镍、锡、锌或铝。进一步优选的，该电镀金属层的制备步骤为：以预电镀金属的金属片为阳极，以具有凹陷结构的透明电极为阴极，置于含有相应金属的镀液中进行电镀。优选的，电镀中，调节极板间距为0.5~3cm，接通直流稳压电源，调节电压为0.1~10V，电镀1~60min。采用本专利技术的技术方案，纳米纤维直径粗细可调，凹陷深度可控，提高了电导率和透过率高；通过对透明电极电镀，可进一步提高电导率，并减小粗糙度，增加透明电极机械性能。提供的电极结构新颖，性能优异，方法成本低廉、工艺简单、重复性好、热处理温度低（<400℃），具有良好的工业化前景。作为本专利技术的进一步改进，所述导电纳米纤维为金属材质。作为本专利技术的进一步改进，所述导电纳米纤维包括银、铜中的一种或两种或其合金。作为本专利技术的进一步改进，所述导电纳米纤维通过静电纺丝法制备得到。作为本专利技术的进一步改进，通过热处理实现导电纳米纤维在基材中的凹陷。优选的，所述热处理温度为150-350℃。优选的，所述热处理时间为0.1-5h。进一步优选的，所述热处理温度为260-350℃，热处理时间为0.3-5h。优选的，所述具有凹陷结构的透明导电电极的制备方法为先纺成复合纳米纤维，然后在热和重力作用下将复合纳米纤维凹陷进基材，从而获得具有凹陷结构的透明电极。作为本专利技术的进一步改进，所述具有凹陷结构透明导电电极采用以下步骤制备得到：步骤A，将含有导电纳米纤维材质的原料溶解或分散于溶剂中，加入树脂基体，配得纺丝液；步骤B，将步骤A中制备的纺丝液进行纺丝，并将纺丝得到的复合纳米纤维覆盖于基材表面；这里的基材为透明基材；如果目标导电电极不需要透明，则这里的基材可以为不透明的基材。其中，将纺丝得到的复合纳米纤维覆盖于基材表面可以为直接采用基材接丝，也可以为将复合纳米纤维采用其他方式覆盖再基材表面，如采用含有复合纳米纤维的溶液涂覆在基材表面等等。步骤C，将步骤B得到的覆盖有复合纳米纤维的基材置于150-350℃下进行热处理，得到具有凹陷结构的导电电极。作为本专利技术的进一步改进，所述具有凹陷结构透明导电电极具体制备步骤包括：首先将含有银或/和铜的原料和聚合物基体配制成纺丝液，采用透明基材接丝，在电场作用下，纺成复合纳米纤维。将复合纳米纤维连同基板一起在一定温度下进行热处理，获得导电纳米纤维的同时，在热和重力作用下纤维可凹陷进基材，从而获得具有凹陷结构的透明电极。进一步的，通过电镀金属银、镍或铜对透明电极性能进行增强，具体过程为：以金属片为阳极，以具有凹陷结构的透明电极为阴极，置于含有相应金属的镀液中电镀。采用此技术方案，并采用电镀法对透明导电电极性能予以增强，所得的透明导电电极具有优异的可见光透过性、导电性及柔韧性，应用领域十分广泛。作为本专利技术的进一步改进，所述导电纳米纤维由银和铜中的一种或两种或其合金组成，所述具有凹陷结构透明导电电极采用以下步骤制备得到：步骤S1，纺丝体系的配制：将含有银或/和铜的原料溶解或分散于溶剂中，加入树脂基体，配得纺丝液，该液体中含银或/和铜的原料、树脂、固化剂和助剂在纺丝液体系中的质量百分数分别为2-80%、1-60%、0-20%、0-40%；步骤S2，静电纺丝过程：将步骤S1中制备的纺丝液注入容器中，在2-100kV电压条件下进行纺丝，将纺丝得到的复合纳米纤维覆盖于基材表面；进一步的，纺丝时喷丝口与基材之间的距离范围0.5-80cm，接丝时间1-30min，得到的纳米纤维覆盖于基材表面；步骤S3，热处理过程：将步骤S2得到的覆盖有复合纳米纤维的基材置于150-350℃下进行热处理，得到具有凹陷结构的透明导电电极。进一步的，热处理时间为0.1-5h。上述方案既充分考虑产业化的要求，也考虑稳定性及毒性等方面的要求，银和铜是安全的金属，没什么毒性，再者，银和铜的导电性非常优秀。银的价格稍高，但稳定性好，铜价格便宜，而稳定性相对较差，适合于不同的应用场合。优选的，步骤S2中，纺丝电压为8-20kV。优选的，步骤S3中热处理温度为260-350℃，处理时间为0.3-5h。优选方案更适合直接用于柔性基材，制备效率更高。作为本专利技术的进一步改进，所述凹陷深度为0-500nm。优选的，所述凹陷深度为10~300nm。采用本专利技术的技术方案，采用静电纺丝工艺制备出初级纤维，再通过简单的烘烤处理，利用树脂的收缩使纤维由不导电变成导电，从而获得导电纳米纤维，同时在重力和温度的作用下，导电纤维可凹陷进基材。整个过程中，凹陷结构是本专利技术的一个重要特征。另外，本专利技术所制得的导电纳米纤维不同于纯金属纤维，其成分中含有有机物，这有助于提高纤维的柔韧性，同时也有利于纤维与基材表面的结合力，甚至促进纤维与纤维之间的融合来较少或消除接触电阻。本专利技术还公开了一种如上任意一项所述的具有凹陷结构的透明导电电极的制备方法，其特征在于：所述导电纳米纤维由银和铜中的一种或两种或其合金组成，所述具有凹陷结构透明导电电极制备方法包括以下步骤：步骤S1，纺丝体系的配制：将含有银或/和铜的原料溶解或分散于溶剂中，加入树脂基体，配得纺丝液，该液体中含银或/和铜的原料、树脂、固化剂和助剂在纺丝液体系中的质量百分数分别为2-80%、1-60%、0-20%、0-40%；步骤S2，静电纺丝过程：将步骤S1中制备的纺丝液注入容器中，在2-100kV电压条件下进行纺丝，将纺丝得到的复合纳米纤维覆盖于基材表面；进一步的，纺丝时喷丝口与基材之间的距离范围0.5-80cm，接丝时间1-30min，得到的纳米纤维覆盖于基材表面；步骤S3，热处理过程：将步骤S2得到的覆盖有复合纳米纤维的基材置于150-350℃下进行热处理，得到具有凹陷结构的透明导电电极。进一步的，热处理时间为0.1-5h。作为本专利技术的进一步改进，还包括步骤S4，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有凹陷结构的透明导电电极，其特征在于：所述透明导电电极包括导电纳米纤维和基材，所述导电纳米纤维凹陷于基材的表面；所述基材为透明基材。

【技术特征摘要】
1.一种具有凹陷结构的透明导电电极，其特征在于：所述透明导电电极包括导电纳米纤维和基材，所述导电纳米纤维凹陷于基材的表面；所述基材为透明基材。2.根据权利要求1所述的具有凹陷结构的透明导电电极，其特征在于：所述导电纳米纤维的表面设有电镀金属层；所述电镀金属层的材质为金、银、铜、镍、锡、锌或铝。3.根据权利要求1所述的具有凹陷结构的透明导电电极，其特征在于：所述导电纳米纤维为金属材质。4.根据权利要求3所述的具有凹陷结构的透明导电电极，其特征在于：所述导电纳米纤维包括银、铜中的一种或两种或其合金通过静电纺丝法制备得到。5.根据权利要求1~4任一项所述的具有凹陷结构的透明导电电极，其特征在于：通过热处理实现导电纳米纤维在基材中的凹陷。6.根据权利要求1所述的具有凹陷结构的透明导电电极，其特征在于：所述凹陷深度为0-500nm。7.一种如权利要求1~6任意一项所述的具有凹陷结构的透明导电电极的制备方法，其特征在于：所述导电纳米纤维由银和铜中的一种或两种或其合金组成，其制备方法包括以下步骤：步骤S1，将含有银或/和铜的原料溶解或分散于溶剂中，加入树脂基体，配得纺丝液，该液体中含银或/和铜的原料、树脂、固化剂和助剂在纺丝液体系中的质量百分数分别为2-80%、1-60%、0-20%、0-40%；步骤S2，将步骤S1中制备的纺丝液注入容器中，在2-100kV电压条件下进行纺丝，将纺丝得到的复合纳米纤维覆盖于基材表面；步骤S3，将步骤S2得到的覆盖有复合纳米纤维的基材置于150-350℃下进行热处理，得到具有凹陷结构的透明导电电极。8.根据权利要求7所述的具有凹陷结构的透明导电电极的制备方法，其特征在于：还包括步骤S4，以预电镀金属的金属片为阳极，以步骤S3得到的具有凹陷结构的透明电极为阴极，置于含有相应金属的镀液中，调节极板间距为...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱业君，张立文，徐偲伟，闫勇，
申请(专利权)人：苏州城邦达力材料科技有限公司，哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：江苏,32