一种可拉伸透明电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可拉伸透明电极及其制备方法。该可拉伸透明电极包括弹性基底及多层布局柔性透明导电薄膜；所述多层布局柔性透明导电薄膜为经表面修饰过的双层导电聚合物薄膜，以及在表面修饰的层面上沉积一层导电金属网络，所述表面修饰为在双层导电聚合物薄膜表面旋涂疏水材料层。该可拉伸透明电极的制备方法，其步骤包括：在基底上旋涂双层导电聚合物；化学修饰双层导电聚合物；在双层导电聚合物上印刷导电金属网络；转印双层导电聚合物/导电金属网络到弹性基底上，得到可拉伸透明电极。采用本发明专利技术所提供的方法制备的可拉伸透明电极不仅具有优异的光电性能，还具有出色的拉伸性能，在柔性可拉伸电子器件领域具有广阔的应用前景。用前景。用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种可拉伸透明电极及其制备方法
[0001]

[0002]本专利技术属于柔性电子领域，具体涉及一种可拉伸透明电极及其制备方法。

技术介绍

[0003]柔性可拉伸电子器件由于极具潜力，应用于许多如人体运动检测、医疗保健监控以及电子皮肤等创新领域。在电子功能方面，电极是柔性可拉伸电子器件的关键组成部分，因此电极的性能很大程度地影响器件的综合性能。然而，广泛应用于电子市场的传统氧化铟锡（ITO）透明电极的生产通常涉及磁控溅射、物理气相沉积等方法，这些方法需要昂贵的设备、复杂的工艺以及高生产成本。此外，它固有的刚度（1%应变后断裂）和抗弯折性差等缺陷导致其无法满足柔性可拉伸电子器件的发展需求。基于此，如果想要满足未来柔性可拉伸器件工艺简单、低成本、具有优秀的导电性能、力学柔韧性且能大面积制备的需求，就需要解决传统ITO透明电极复杂的制造工艺及柔性差等问题，从而开发新的替代路线。
[0004]近年来，印刷技术因其图案化面积大、成本低、能够多功能制造以及与柔性基板良好兼容等优点而备受关注。其中，喷墨印刷/3D打印技术采用的是一种无掩模和无接触的方法，它由计算机控制，可以直接编写具有精确位置的设计模式，无需模板就可实现图案化并且适用于各种基材。此外，喷墨印刷/3D打印可节约大量的原材料，降低成本，而且容易实现大面积的生产印刷，所以使其成为一种极具潜力的技术。
[0005]目前，制备柔性透明电极的材料多采用聚（3,4
‑
乙烯二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT：PSS）、石墨烯、碳纳米管、金属纳米线等。然而，它们具有较高的薄层电阻，并且为了提高电导性，通常需要增加薄膜厚度来实现，但是较厚的薄膜对光有较强的吸收，降低了透光率，从而限制了设备的透明度。金属网格电极由于具有成本低、导电率高和高透光性等优点，因此为制备柔性透明电极提供了有利条件。
[0006]鉴于此，人们提出纳米材料、导电聚合物、金属网格等复合的思路，如金属纳米线/石墨烯、碳纳米管/金属纳米线、PEDOT：PSS/金属网格、PEDOT：PSS/金属纳米线、石墨烯/金属网格等。然而目前这些复合电极存在着表面粗糙度高、易氧化、网格线高、导电性能与透光性能无法同时平衡调控等缺陷，其中金属网格电极多为横平竖直的网格线，这种网格线难以缓冲应力，拉伸性差，以上因素限制了这些复合电极在柔性光电器件领域的应用。因此，制备既具有优异的光电性能，又具备出色的力学柔韧性的柔性可拉伸透明电极对于开发可拉伸电子器件是非常重要且迫切的。

技术实现思路

[0007]针对采用纳米压印以及光刻技术制备金属网格工艺复杂、现有横平竖直网格线难以缓冲应力，拉伸性差、单一金属网格抗氧化能力差且线高较大，以及目前金属网格透明电极多为柔性基底，不可拉伸等问题，本专利技术提供了一种可拉伸透明电极及其制备方法，该方
法制备的兼具优异的光电性能及力学拉伸性能的高性能波状银网格拉伸透明电极，为未来可穿戴电子设备、柔性透明储能器件等领域提供重要的应用价值。
[0008]为解决现有技术问题，本专利技术采取的技术方案为：一种可拉伸透明电极，包含弹性基底及多层布局柔性透明导电薄膜，所述多层布局柔性透明导电薄膜为经表面修饰过的双层导电聚合物薄膜，以及在表面修饰的层面上沉积一层导电金属网络；所述表面修饰为在双层导电聚合物薄膜表面旋涂疏水材料层。
[0009]作为改进的是，所述弹性基底为聚二甲基硅氧烷（PDMS）、氢化苯乙烯
‑
丁二烯嵌段共聚物（SEBS）、芳香族无规共聚酯（Ecoflex）、拓扑结构聚合物网络水凝胶（TPN）、聚偏氟乙烯（PVDF），或聚氨酯丙烯酸酯（PUA）中的一种或多种的复合物。
[0010]作为改进的是，所述的疏水材料为十八烷基三氯硅烷（OTS）的环己烷溶液，且十八烷基三氯硅烷与环己烷的体积比为1：10
‑
220。
[0011]作为改进的是，所述的双层导电聚合物薄膜为在一层掺杂乙二醇和表面活性剂的聚（3,4
‑
亚乙二氧基噻吩）
‑
聚（苯乙烯磺酸）（PEDOT：PSS）薄膜的表面再旋涂一层掺杂乙二醇的聚（3,4
‑
亚乙二氧基噻吩）
‑
聚（苯乙烯磺酸）。
[0012]进一步改进的是，掺杂乙二醇和曲拉通的聚（3,4
‑
亚乙二氧基噻吩）
‑
聚（苯乙烯磺酸）薄膜中乙二醇的体积分数为6%，表面活性剂的体积分数为1.5%；掺杂乙二醇的聚（3,4
‑
亚乙二氧基噻吩）
‑
聚（苯乙烯磺酸）中乙二醇的体积分数为6%。
[0013]进一步改进的是，所述表面活性剂为曲拉通（TritonX
‑
100）。
[0014]作为改进的是，所述导电金属网络的几何结构为波状网络、马蹄形网络、螺旋形网络、或剪纸图案（kirigami）网络。
[0015]作为改进的是，所述的导电金属网络为金、银、铜、铝、镍中的一种或多种复合的金属网络。
[0016]上述可拉伸透明电极的制备方法，包括以下步骤：步骤1，在基底上旋涂双层导电聚合物；步骤2，化学修饰双层导电聚合物；步骤3，在双层导电聚合物上印刷导电金属网络；步骤4，转印双层导电聚合物/导电金属网络到弹性基底上，得到可拉伸透明电极。
[0017]作为改进的是，步骤3中印刷通过喷墨打印、3D打印、或丝网印刷完成。
[0018]有益效果：与现有技术相比，本专利技术一种可拉伸透明电极及其制备方法，采用本专利技术所提供的方法制备的可拉伸透明电极不仅具有优异的光电性能，还具有出色的力学拉伸性能，在柔性可拉伸光电器件领域具有良好的应用前景，具体优势如下：1.本专利技术基于喷墨打印技术，无需光刻和/或化学蚀刻等复杂工艺，更简便、更节省成本、更节约原材料以及能够大面积制备波状银网格拉伸透明电极；2.本专利技术通过基底的修饰与处理，显著降低了银线的线宽，有效提升了波状银网格拉伸透明电极的光电性能；3.本专利技术采用一步转印工艺，使得波状银网格拉伸透明电极的表面形貌更加平整，显著降低了电极的表面粗糙度；波状银网格拉伸透明电极均匀平整的形貌使其应用于光电器件时能从一定程度上降低和避免光电器件的漏电流和短路电流，对于提高光电器件的性能是非常有利的；4.本专利技术采用复合策略及转印掩埋方法，有效地降低了银网格的线高，并且很大
程度地提高了波状银网格拉伸透明电极的抗氧化能力；5.本专利技术通过波状结构设计结合高弹性基底PDMS的固有柔性，显著提高了波状银网格拉伸透明电极的力学拉伸性。
附图说明
[0019]图1为本专利技术波状银网格拉伸透明电极的制备过程示意图；图2为本专利技术PEDOT：PSS基底薄膜的光电性能曲线图；图3为本专利技术调控波状银网格拉伸透明电极的网格线宽对比图，其中，（a）为在未经表面修饰过的PEDOT:PSS薄膜上打印的银网格线，（b）为在经过表面修饰过的PEDOT:PSS薄膜上打印的银网格线；图4为本专利技术转印后的波状银网格拉伸透明电极的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可拉伸透明电极，其特征在于，包含弹性基底及多层布局柔性透明导电薄膜，所述多层布局柔性透明导电薄膜为经表面修饰过的双层导电聚合物薄膜，以及在表面修饰的层面上沉积一层导电金属网络；所述表面修饰为在双层导电聚合物薄膜表面旋涂疏水材料层。2.根据权利要求1所述的一种可拉伸透明电极，其特征在于，所述弹性基底为聚二甲基硅氧烷、氢化苯乙烯
‑
丁二烯嵌段共聚物、芳香族无规共聚酯、拓扑结构聚合物网络水凝胶、聚偏氟乙烯，或聚氨酯丙烯酸酯中的一种或多种的复合物。3.根据权利要求1所述的一种可拉伸透明电极，其特征在于，所述的疏水材料为十八烷基三氯硅烷的环己烷溶液，且十八烷基三氯硅烷与环己烷的体积比为1：10
‑
220。4.根据权利要求1所述的一种可拉伸透明电极，其特征在于，所述的双层导电聚合物薄膜为在一层掺杂乙二醇和曲拉通的聚（3,4
‑
亚乙二氧基噻吩）
‑
聚（苯乙烯磺酸）薄膜的表面再旋涂一层掺杂乙二醇的聚（3,4
‑
亚乙二氧基噻吩）
‑
聚（苯乙烯磺酸）。5.根据权利要求4所述的一种可拉伸透明电极，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖文勇，高斯雅，程涛，陈鹏飞，汪锋，杨轩立，李朗，黄维，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：