一种柔性透明电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性透明电极及其制备方法，属于透明电极技术领域。该柔性透明电极是通过射频磁控溅射方法在柔性可弯曲的基底上由下至上依次层叠有AZO/Ag/AZO/Ag/AZO多层薄膜形成。本发明专利技术将具有良好的导电性和延展性、对可见光的低吸收性的Ag作为中间金属层嵌入AZO薄膜中，得到具有AZO/Ag/AZO/Ag/AZO多层复合薄膜，Ag层具有优异的导电性，使得复合电极电阻率得到显著的降低，优化了其光电学性能和机械稳定性；同时嵌入有连续Ag层的AZO薄膜在弯曲状态下的电学稳定性大大提高：即使弯曲角度达到172度，AZO/Ag/AZO/Ag/AZO多层薄膜的电阻也几乎保持不变。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性透明电极及其制备方法
本专利技术涉及透明电极
，具体涉及一种柔性透明电极及其制备方法。
技术介绍
随着柔性电子设备和可穿戴设备的发展，柔性透明电极在各个领域的应用日益普及。但是新兴的有机物透明电极材料的时间稳定性和高温稳定性较差，寿命较短，使其应用受限。而传统的无机透明导电氧化物具有很大的脆性，在弯曲状态下其光电学性能会大大降低。将诸如金属薄膜的柔性导电材料嵌入到陶瓷氧化物中可以有效地提高在弯曲状态下无机透明电极材料的电学稳定性。当前，氧化铟锡(ITO)是最广泛用于商业透明电极的材料。但是，铟和锡是稀有金属，并且铟是有毒的，因此必须开发ITO的替代材料。大量先前的研究表明，掺Al的ZnO薄膜(AZO)具有与ITO薄膜相当的光电学性能。更重要的是，其廉价，无毒且具有高稳定性的丰富存储的特性使AZO被认为是ITO的最有可能的替代候选者之一。但是单层AZO具有脆性并且电导率不足，并且在弯曲状态下会进一步下降。由于高透射率、优异的导电性和高柔韧性对于柔性电子器件是必不可少的，因此需要寻找具有优异机械柔韧性的替代产品。最近，人们提出了AZO/Metal/AZO夹层结构来增强AZO透明导电膜的柔韧性。实验证明，金属的引入改善了薄膜的柔韧性，但同时出现了新的问题。主要问题是随着金属层厚度的增加，薄膜的透射率受到很大的限制，从而使其发展受到制约。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种具有优异电阻率、在弯曲状态下电学稳定性高的柔性透明电极。为解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种柔性透明电极，其是在柔性可弯曲的基底上由下至上依次层叠有AZO/Ag/AZO/Ag/AZO多层薄膜。作为本专利技术优选的实施方式，所述每层AZO薄膜的厚度为20～60nm，所述每层Ag薄膜的厚度为4～8nm。作为本专利技术优选的实施方式，所述基底为PET、PI、PVDF、PDMS、天然云母、氟金云母中的一种。本专利技术还提供了如上所述的柔性透明电极的制备方法，其包括如下步骤：S1、依次用酒精、超纯水、丙酮和酒精对基底进行超声波清洁，使用N2吹干基底，使基底清洁；S2、将基底放入磁控溅射反应腔中，在氩气氛围下用射频磁控溅射方法在基底上生长第一层AZO薄膜，溅射时腔体温度为室温、腔体真空度为3×10-4Pa、靶基距为8cm、溅射气压为0.8Pa、溅射时间为2.12～6.36min、氩气流量为60sccm、溅射功率为200W，AZO薄膜的厚度为20～60nm；S3、采用射频磁控溅射方法在步骤S2制备的AZO薄膜表面生长第二层Ag薄膜，溅射时腔体温度为室温、腔体真空度为3×10-4Pa、靶基距为8cm、溅射气压为0.8Pa、溅射时间为3.3～6.6s、氩气流量为60sccm、溅射功率为200W，Ag薄膜的厚度为4～8nm；S4、依次重复步骤S2、步骤S3、步骤S2，使第二层Ag薄膜表面上一次生长第三层AZO薄膜、第四层Ag薄膜和第五层AZO薄膜，最终得到具有AZO/Ag/AZO/Ag/AZO多层复合薄膜的柔性透明电极。作为本专利技术优选的实施方式，步骤S2中，在溅射第一层AZO薄膜之前对AZO靶进行预溅射，预溅射时间为20～40min。作为本专利技术优选的实施方式，步骤S1中每次超声波清洗的清洗时间为15～20min。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术所提供的柔性透明电极将具有良好的导电性和延展性、对可见光的低吸收性的Ag作为中间金属层嵌入AZO薄膜中，得到具有AZO/Ag/AZO/Ag/AZO多层复合薄膜，Ag层的连续性好，使得电阻率得到显著的降低，优化了光电学性能和机械稳定性，同时嵌入有连续Ag层的AZO薄膜在弯曲状态下的电学稳定性大大提高：即使弯曲角度达到172度，AZO/Ag/AZO/Ag/AZO多层薄膜的电阻也几乎保持不变，有效克服了传统的氧化物透明导电材料脆性高、在弯曲状态下其光电学性能显著劣化的缺陷。可见，本专利技术具有AZO/Ag/AZO/Ag/AZO多层复合结构的柔性透明电极在柔性电极的应用中具有很大的潜力。附图说明图1为本专利技术实施例与对比例的层结构示意图；图2为本专利技术实施例与对比例的AZO/Ag多层薄膜的XRD结构图谱；图3为本专利技术实施例与对比例的AZO/Ag多层薄膜的横截面SEM图像；图4为本专利技术的实施例与对比例的AZO/Ag多层薄膜的表面SEM图像；图5为本专利技术的实施例与对比例的AZO/Ag多层薄膜的光反射率对比图；图6为本专利技术的实施例与对比例的AZO/Ag多层薄膜的光学透射率对比图；图7为本专利技术的实施例与对比例的AZO/Ag多层薄膜的电阻率(a)对比图；图8为本专利技术的实施例与对比例在拉伸弯曲条件下沉积在PET基底上的AZO/Ag多层薄膜的电学稳定性对比图；图9为本专利技术的实施例与对比例在压缩弯曲条件和拉伸弯曲条件下，沉积在PET基底上的AZO/Ag多层膜的内部电阻Rint稳定性；附图中，其中，a为对比例1的单层AZO膜，b为对比例2的AZO/Ag/AZO膜(三层薄膜)，c为本专利技术实施例的AZO/Ag/AZO/Ag/AZO膜(五层薄膜)，d为对比例3的AZO/Ag/AZO/AZO/Ag/AZO膜(六层薄膜)。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。一种柔性透明电极，其是在柔性可弯曲的基底上由下至上依次层叠有AZO/Ag/AZO/Ag/AZO多层薄膜。其中，每层AZO薄膜的厚度为20～60nm，每层Ag薄膜的厚度为4～8nm。优选地，基底为PET、PI、PVDF、PDMS、天然云母、氟金云母中的一种。以上所述的柔性透明电极的制备方法包括如下步骤：S1、依次用酒精、超纯水、丙酮和酒精对基底进行超声波清洁，每次超声波清洗的清洗时间为15～20min；使用N2吹干基底，使基底清洁；S2、将基底放入磁控溅射反应腔中，对AZO靶进行预溅射，预溅射时间为20～40min；在氩气氛围下用射频磁控溅射方法在基底上生长第一层AZO薄膜，溅射时腔体温度为室温、腔体真空度为3×10-4Pa、靶基距为8cm、溅射气压为0.8Pa、溅射时间为2.12～6.36min、氩气流量为60sccm、溅射功率为200W，AZO薄膜的厚度为20～60nm；S3、采用射频磁控溅射方法在步骤S2制备的AZO薄膜表面生长第二层Ag薄膜，溅射时腔体温度为室温、腔体真空度为3×10-4Pa、靶基距为8cm、溅射气压为0.8Pa、溅射时间为3.3～6.6s、氩气流量为60sccm、溅射功率为200W，Ag薄膜的厚度为4～8nm；S4、依次重复步骤S2、步骤S3、步骤S2，使第二层Ag薄膜表面上一次生长第三层AZO薄膜、第四层Ag薄膜和第五层AZO薄膜，最终得到具有AZO/Ag/AZO/Ag/AZO多层复合薄膜的柔性透明电极。实施例1：一种柔性透明电极，其是在柔性可弯曲的PET本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性透明电极，其特征在于：在柔性可弯曲的基底上由下至上依次层叠有AZO/Ag/AZO/Ag/AZO多层薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性透明电极，其特征在于：在柔性可弯曲的基底上由下至上依次层叠有AZO/Ag/AZO/Ag/AZO多层薄膜。


2.根据权利要求1所述的柔性透明电极，其特征在于：所述每层AZO薄膜的厚度为20～60nm，所述每层Ag薄膜的厚度为4～8nm。


3.根据权利要求1或2所述的柔性透明电极，其特征在于：所述基底为PET、PI、PVDF、PDMS、天然云母、氟金云母中的一种。


4.一种如权利要求1～3中任一项所述的柔性透明电极的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、依次用酒精、超纯水、丙酮和酒精对基底进行超声波清洁，使用N2吹干基底，使基底清洁；
S2、将基底放入磁控溅射反应腔中，在氩气氛围下用射频磁控溅射方法在基底上生长第一层AZO薄膜，溅射时腔体温度为室温、腔体真空度为3×10-4Pa、靶基距为8cm、溅射气压为0.8Pa、溅射时间为2.12～6.36min、氩气流量...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙珲，刘学男，宫建红，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37