聚合物基材上的耐久透明导体制造技术

描述了用于施加在聚合物基材上的透明导体（１００）的制备方法。所述方法包括（１２）将官能团引入导体的表面（１０４）上，以形成改性的导体，和（１４）将改性的导体与分散剂在稍微升高的温度下混合以形成导电材料组合物。分散剂是至少双官能的。然后，可将导电材料组合物施加到聚合物基材上。分散剂作为连接物，将透明导体和聚合物基材相键合，以使它们充分整合。

【技术实现步骤摘要】
聚合物基材上的耐久透明导体
技术介绍
—般而言，本专利技术的领域涉及透明导体，更具体而言，涉及聚合物基材上的耐久透明导体。透明导电氧化物通常被归于透明导体组。这些透明导电 氧化物通常由它们的电导率和透明度之一或两者来限定。这些导体己 经被广泛用于各种应用，包括抗静电涂层、触摸屏、软性显示器 (flexible display)、场致发光器件、电致变色系统、太阳能电池和节能 窗(energy efficient window),仅举几例。个别应用通常要求某一电导 率和透明度的材料。有时，当在极端环境中进行应用时，可利用更严 格的要求以确保透明导电氧化物的结构和功能完整性。与制备耐久透明导体相关的技术是开发抗静电涂层、触 摸屏、软性显示器等的关键。所有这些应用依赖于透明导体在电、光 和机械性能方面的优异性能。氧化锡铟(Indium-tin-oxide (ITO))薄膜是最常见的透明导 体之一，并已经使用溅射、化学气相淀积(CVD)、电子束蒸发、反应 沉淀和脉冲激光沉淀在聚合物基材例如聚酯或聚碳酸酯上制备。这样 的方法通常需要高温退火或紫外激光加工，它们可能损害聚合物基 材，并且引起结构和颜色改变，特别是如果聚合物是芳族基系统时。 另外，压縮内应力可能发展，并且可能容易在ITO薄膜上引发拉伸破 裂(tensile cracking)。专利技术简述在一个方面，提供导电材料组合物。导电材料组合物包 括纳米导体，其中纳米导体的表面包含第一官能团；和分散剂，其至 少包含第一官能团和第二官能团。在另一方面，提供用于施加到聚合物基材上的透明纳米 导体的制备方法。该方法包括将第一官能团引入纳米导体表面上以形 成改性的纳米导体；和将改性的纳米导体与至少包括第一官能团和第 二官能团的分散剂混合，以形成导电材料组合物，其中在改性的纳米 导体上的第一官能团与分散剂反应。附图简述 附图说明图1图解对透明导电氧化物(transparent conductive oxide(TCO))导体的表面改性和将羟基官能团转换为不同的官能团。图2图解对碳导体的表面改性。图3图解用于透明导体制造过程中的分散剂的一些代表 性结构。TBDMS是叔丁基二甲基甲硅垸基(tert-butyl dimethylsilyl)的縮写。图4图解用于透明导体制造过程中的分散剂的一些代表 性结构。图5图解通过将丙烯酸酯引入导体表面上对透明导电氧 化物(TCO)导体进行表面改性。图6是图解用于施加到聚合物基材上的透明纳米导体的 制备方法的流程图。专利技术详述本文描述的实施方式涉及透明导体，更具体地涉及用于 在聚合物基材上制备透明导体的组合物和方法。此类导体的实例包括 透明导电氧化物例如氧化锡铟(ITO)、掺杂的氧化锌(ZnO)、氧化镉 (CdO)和锑掺杂的氧化锡(Sb-Sn02)。其他的导体实例包括石墨烯 (gmphene)片、碳纳米管、银、铜、金、镍或它们的杂化物。将此类导体在表面上改性(即官能化)，并且与聚合物基材化学相连。如在本文 进一步描述的，优选具有纳米尺寸的导体。具有这样尺寸的导体在本文通常称为纳米导体，并且其包括纳米线(nanowire)、纳米管、纳米 棒(nanorod)、纳米带(nanobelt)、纳米条(nanoribbon)和纳米微粒。可以通过旋涂、喷雾、浸涂、丝网印刷和喷墨印刷，将这些导体施加到聚 合物基材上。本文公开的方法集中于制备用于施加到基材，特别是施 加到聚合物基材上的透明导体。如将要论述的，现有技术的至少一个 缺点得以解决。具体地说，当透明导体的薄膜被分配到聚合物基材上 时，由于该导体暴露于应力和应变，它们易于出现裂缝。在某些应用 中，整层薄膜可能从基材上剥离。在本文描述的一个实施方式中，由于在透明导体和将导 体连接到聚合物基材的分散剂之间存在的强共价键，透明导体的良好 耐久性得以实现。该化学键合有效地将透明导体材料和聚合物基材整 合在一起，并且确保透明导体系统的良好稳定性，即使两个组分(透明 导体和聚合物基材)具有非常不同的机械、物理和化学性质也是如此。在减少透明导体相关的生产成本方面，所描述实施方式 具有附加优点。更具体地说，本公开内容描述的透明导体可以使用简 单的化学方法而不使用高真空设备和方法进行制备。透明导体也可包 括便宜的材料，例如石墨。此类材料的加入极不同于当前的薄膜沉积 技术，并且有助于本文提到的成本节约。在一个具体的实施方式中，本公开内容涉及用于施加到 聚合物基材上的透明纳米导体的制备方法。图6是图解该方法的流程 图10。具体而言，通过首先引入12官能团到纳米导体的表面上以形 成改性的纳米导体，制备导体。然后将改性的纳米导体与分散剂混合 14，优选在高温下进行，以形成导电材料组合物。分散剂是至少双官 能的，并至少包括第一官能团和第二官能团。在混合后，改性的纳米 导体的表面上的官能团与分散剂反应，特别是与分散剂上的官能团之 一反应。所形成的混合物是导电材料组合物，其可以是树脂、浆料 (paste)或油墨。然后，可将导电材料组合物施加到聚合物基材上。分散剂上的剩下未反应的官能团与聚合物基材进行化学反应，以形成共价键。该化学键合有效地将导体和聚合物基材整合，确保良好的稳定性。在另一实施方式中，本公开内容涉及导电材料组合物。可将导电材料组合物施加到聚合物基材上，以形成整合产品。导电材料组合物包含导体、分散剂和任选地溶剂。 —般而言，导体包括一种或多种不同的材料类型，例如透明导电氧化物、碳导体、金属和它们的组合。透明导电氧化物(TCO)包括例如氧化锡铟(ITO)、掺杂的氧化锌(ZnO)、氧化镉(CdO)、锑掺杂的氧化锡(Sb-Sn02)和它们的组合。碳导体的实例包括石墨烯片和碳纳米管中的一种或多种。金属导体包括银、铜、镍、金和它们的组合。TCO和碳导体的导电率一般为大约IO"欧姆，厘米的量级。典型地，银、铜和金是最好的金属导体，而且可以比TCO和碳导体导电好100-1000倍。在本公开内容的组合物和方法中，上述导体可以单独使用或与其他导体结合使用。在导电率和透明度方面，与仅仅包括一种上述列出的导电材料的导体相比，上述的导电材料的杂化物(即两种或多种的结合)可提供改进的性质。所有导电材料可以在纳米尺度上使用。具有这样尺寸的导体在本文通常称为纳米导体，并且包括但不限于纳米线、纳米管、纳米棒、纳米带、纳米条和纳米微粒。因此，如本文使用的，术语"导体"旨在包括纳米导体。如上所述，对导体改性以将官能团引入导体表面。合适的官能团包括但不限于羟基(OH)、胺(NH2)、巯基(SH)、羧基(COOH)、磺酰氯(S02C1)、乙烯基(-CK:)、丙烯酸酯(CKMX))、环氧基、酯和它们的组合。任何适当的方法可用来将官能团引入导体的表面。用于引入官能团的方法可根据导体的类型而改变。例如，在一个具体的实施方式中，导体是透明导电氧化物(TCO)，官能团是羟基基团。可通过使导体表面进行清洁过程，例如在图1中图解的，将羟基基团引入TCO导体表面上。具体而言，如在图1中可见，通过在去离子水、甲醇、异丙醇和丙酮中连续的超声清洗，对包含导电材料例如氧化锡铟(ITO)的纳米线导体100进行清洁。在一个具体的实施方式中，连续超声清洗的每个步骤进行大约十分钟。本文档来自技高网...

【技术保护点】
导电材料组合物，其包括：　纳米导体（１００），其中所述纳米导体的表面（１０４）包含第一官能团；和　分散剂，其至少包含第一官能团和第二官能团。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：C周，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：US[]