一种多孔金属复合透明导电薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术是一种多孔金属复合透明导电薄膜及其制备方法，该导电膜包括一个透明基底(1)，在透明基底(1)的一侧或两侧表面上依次制备保护性减反射金属氧化物层(2)、多孔金属导电层(3)和另一个保护性减反射金属氧化物层(2)，多孔金属导电层(3)被布置在两个保护性减反射金属氧化物层(2)之间。所述保护性减反射金属氧化物层(2)采用磁控溅射的方法制备，多孔金属导电层(3)采用掩模法制备，其中掩模材料为聚酰亚胺球，该聚酰亚胺球的直径为25～400纳米。本发明专利技术提供的这种复合透明导电膜，具有较高的透过率和电导率，同时具有较好的耐环境性能，不易氧化，不易脱落。此外，这种导电膜还具有防紫外线和隔热的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔金属复合透明导电薄膜及其制备方法
本专利技术是一种多孔金属复合透明导电薄膜及其制备方法，属于光电学薄膜

技术介绍
透明导电薄膜是平板电视、触摸屏、智能窗玻璃、发光二极管以及光伏电池等器件制造的必要组成部分。近年来，随着信息(如触摸显示)、能源(如光伏、智能窗玻璃)等产业的发展，人们对透明导电薄膜的需求量急剧增大，而在透明导电薄膜中，应用最广的一类是锡掺杂氧化铟薄膜，即俗称的ITO薄膜。众所周知，铟元素在地壳中的含量稀少(约为0.05ppm)，且难于提纯，随着ITO薄膜的用量显著增大，其含量越来越稀少，导致价格骤增(将近5000元/公斤)，从而增加触摸屏、薄膜太阳能电池等产业的制造成本。在2014年，ITO的销售额大约为18亿美元，占整个透明导电薄膜市场的92％左右。另一方面，为了制造大型显示器、大面积固态发光板等器件，要求所用的透明导电薄膜的方块电阻必须小于10欧姆/□。虽然通过增加ITO薄膜的厚度可以满足此要求，但是，其成本从150欧姆/□时的大约40元/平方米显著增加到5欧姆/□时的230元/平方米左右，这种成本的增加是因为随着薄膜厚度增加，ITO的沉积速率减小，导致大部分ITO原料被浪费。因此，必须寻找一种新型透明导电薄膜。为了减少对ITO的依赖度，研究人员试图寻找切实可行的ITO替代品，逐渐研发出了掺杂氧化锌薄膜(AZO和GZO等)、碳基透明导电薄膜(碳纳米管网膜和石墨烯等)和金属网栅透明导电薄膜等。掺杂氧化锌薄膜虽然通过增加薄膜的厚度可以获得很低的方块电阻，但是，耐酸碱性差，性能不稳定，不宜用于柔性显示器、光伏电池等器件的制备；而碳基透明导电薄膜虽然透过率高，但是其电阻率高，与半导体工业兼容性差，不宜大规模生产，尤其是石墨烯的制备需高温条件，限制了其在触摸屏制造领域的广泛应用。介质/金属/介质三明治结构的透明导电薄膜由于其电阻率和透过率可调，价格低廉且与半导体工艺兼容，因此，在产业庞大的柔性触摸屏、太阳能电池等方面的制备中，受到越来越多的青睐，成为重点研究的一类可行的新型ITO替代薄膜，最近成为科学界和工业界的研究热点。
技术实现思路
本专利技术正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种多孔金属复合透明导电薄膜及其制备方法，其目的是使该多孔金属复合透明导电薄膜具有高透过率、低电阻的特性，同时具有较好的耐环境性能，不易氧化，不易脱落。此外，这种导电膜还具有防紫外线和隔热的效果。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术技术方案提供了一种多孔金属复合透明导电膜，其特征在于：该导电膜包括一个透明基底1，在透明基底1的一侧或两侧表面上依次制备保护性减反射金属氧化物层2、多孔金属导电层3和另一个保护性减反射金属氧化物层2，多孔金属导电层3被布置在两个保护性减反射金属氧化物层2之间。在一种实施中，所述透明基底1为柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯、有机玻璃或无机玻璃。在一种实施中，所述保护性减反射金属氧化物层2的材料为五氧化二铌、二氧化钛、氧化钨、氧化铟锡、氧化锌、氧化镓锌或氧化铟锌，保护性减反射金属氧化物层2的厚度为30～50纳米。在一种实施中，所述多孔金属导电层3的材料为金属铜、银或金，该多孔金属导电层3中孔4的直径为5～100纳米，相邻孔的边缘之间的最小间距为50～300纳米，该多孔金属导电层3的厚度为5～30纳米。在一种实施中，该多孔金属复合透明导电膜的可见光透过率为80％～90％，表面方块电阻在3～40欧姆/□。该多孔金属复合透明导电膜的可见光透过率为80％～90％，表面方块电阻在3～40欧姆/□。本专利技术技术方案还提供了一种制备上述多孔金属复合透明导电膜的方法，其特征在于：所述保护性减反射金属氧化物层2采用磁控溅射的方法制备，多孔金属导电层3采用掩模法制备，其中掩模材料为聚酰亚胺球，该聚酰亚胺球的直径为25～400纳米。在一种实施中，聚酰亚胺球分散在酒精表面呈单层均匀分布，用已经溅镀有底层保护性减反射金属氧化物层2的基底1，浸入聚酰亚胺球下面，采用提拉法，使聚酰亚胺球均匀吸附在保护性减反射金属氧化物层2上。在一种实施中，所述聚酰亚胺球采用等离子体刻蚀法加工，以得到不同直径的聚酰亚胺球和不同的相邻孔边缘间距。本专利技术技术方案的特点及有益效果如下：本专利技术技术方案中所述保护性减反射金属氧化物层2，能够减少金属膜的反射，增加整体的透过率，同时，能够防止金属被氧化，在保证高的可见光透过率、低反射率的同时，可将紫外光反射。所述的保护性减反射金属氧化物层2的材料选择五氧化二铌(Nb2O5)、二氧化钛(TiO2)、氧化钨(WO3)、氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化镓锌(GZO)或氧化铟锌(IZO)等其中一种材料组成，氧化物层的厚度为30～50纳米。通过选择合适的氧化物层厚度，可以显著减小金属层的反射率，获得最高的三明治结构的整体透光率。本专利技术技术方案的核心功能层主要依靠多孔金属导电层3的导电性能，所述多孔金属导电层3的厚度为5～30纳米。结合孔径和孔间距大小，通过选择金属层的厚度，可以精确调节金属导电层的表面方块电阻。结合金属表面的保护性减反射金属氧化物层，可以获得最优光电性能的导电膜。由于制备低电阻透明导电薄膜时需要较厚的厚度(通常大于12纳米)，因此，导致整体的透过率很低，很难制备出高透过率、低电阻的透明导电薄膜。本专利技术采用金属氧化物/多孔金属导电层/金属氧化物三明治结构，通过反应溅射来溅镀金属层和金属氧化物层，所采用的靶材为纯金属靶，工作气氛为纯氩气。用掩模法来制备多孔金属，这种方法不仅在保持较低表面方阻下，能显著提高透明导电膜的透过率，同时能提高金属膜的防氧化性能。采用掩模方法的优点是：采用合适直径的聚酰亚胺球，通过提拉法使聚酰亚胺球均匀分布在保护性减反射金属氧化物层2上，然后用等离子刻蚀技术，对聚酰亚胺球进行刻蚀，获得所需直径的聚酰亚胺球以及球边缘的最小间距，因此，球直径和球间距容易控制，进而可以精确控制金属导电层的透光率和方块电阻。附图说明图1为本专利技术所述多孔金属复合透明导电膜的结构示意图具体实施方式实施例一如图1所示，该图示出一种多孔金属复合透明导电膜的一个实施方案，所述多孔金属复合透明导电膜包含透明基底1，保护性减反射金属氧化物层2和多孔金属导电层3。透明基底底1是由无机玻璃构成，优选地，透明衬底1的厚度为0.5毫米。所述保护性减反射金属氧化物层2选择二氧化钛，采用磁控溅射镀膜形成，其厚度为30纳米。靶材为二氧化钛陶瓷靶。把聚酰亚胺球分散在酒精表面，使之单层均匀分布，用已经溅镀有保护性减反射金属氧化物层2的基底1，浸入聚酰亚胺下面，采用提拉法，使聚酰亚胺球均匀吸附在基底上。然后采用等离子体刻蚀技术，把聚酰亚胺球刻蚀成直径、球边缘间距分别为5纳米、300纳米的聚酰亚胺球模板。所述多孔金属导电层3的材料为铜、银或金，在本实施例中，采用银作为金属导电层。采用纯银靶，在氩气气氛下，利用磁控溅射方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔金属复合透明导电膜，其特征在于：该导电膜包括一个透明基底(1)，在透明基底(1)的一侧或两侧表面上依次制备保护性减反射金属氧化物层(2)、多孔金属导电层(3)和另一个保护性减反射金属氧化物层(2)，多孔金属导电层(3)被布置在两个保护性减反射金属氧化物层(2)之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种多孔金属复合透明导电膜，其特征在于：该导电膜包括一个透明基底(1)，在透明基底(1)的一侧或两侧表面上依次制备保护性减反射金属氧化物层(2)、多孔金属导电层(3)和另一个保护性减反射金属氧化物层(2)，多孔金属导电层(3)被布置在两个保护性减反射金属氧化物层(2)之间。


2.根据权利要求1所述的多孔金属复合透明导电膜，其特征在于：所述透明基底(1)为柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯、有机玻璃或无机玻璃。


3.根据权利要求1所述的多孔金属复合透明导电膜，其特征在于：所述保护性减反射金属氧化物层(2)的材料为五氧化二铌、二氧化钛、氧化钨、氧化铟锡、氧化锌、氧化镓锌或氧化铟锌，保护性减反射金属氧化物层(2)的厚度为30～50纳米。


4.根据权利要求1所述的多孔金属复合透明导电膜，其特征在于：所述多孔金属导电层(3)的材料为金属铜、银或金，该多孔金属导电层(3)中孔(4)的直径为5～100纳米，相邻孔的边缘之间的最小间距为50～300纳米，该多孔金...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏燕，颜悦，彭晶晶，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11