發(fā)布時(shí)間：2020-06-15 00:07

【摘要】：透明導(dǎo)電膜由于具有高導(dǎo)電性和高透光率,是光電領(lǐng)域中不可或缺的重要工業(yè)基礎(chǔ)材料。目前光電子器件逐漸向大尺寸、輕薄、柔性、可拉伸、低成本方向發(fā)展,對(duì)高性能的柔性及可拉伸透明導(dǎo)電膜的需求增長(zhǎng)迅速。當(dāng)前廣泛使用的透明導(dǎo)電材料主要為ITO膜或玻璃,但其方阻較高、脆性結(jié)構(gòu)限制了其在柔性光電器件中的使用;而新發(fā)展的基于導(dǎo)電聚合物、碳材料和金屬納米材料的柔性透明導(dǎo)電膜,都存在導(dǎo)電性和透過(guò)率相互制約的問(wèn)題,在85%以上的透過(guò)率下方阻過(guò)高而滿足不了應(yīng)用需求。基于銅箔黃光制程蝕刻的金屬網(wǎng)格透明導(dǎo)電膜由于高導(dǎo)高透、可實(shí)現(xiàn)柔性和拉伸性等優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛關(guān)注,但成本較高,蝕刻工藝造成的污染及高的成本也不容忽視。本人所在的研究團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了印刷增材制造的嵌入式銀網(wǎng)格透明導(dǎo)電膜,能實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)高透,并透過(guò)率和導(dǎo)電性可以獨(dú)立調(diào)節(jié),已成功應(yīng)用在觸摸屏上并產(chǎn)業(yè)化。本論文在該技術(shù)基礎(chǔ)上,研究開發(fā)低成本、高性能、高深寬比和可拉伸的金屬網(wǎng)格透明導(dǎo)電膜,并在柔性電子方面展開深入研究:1、透明導(dǎo)電電極的表面粗糙度對(duì)光電器件的性能起著至關(guān)重要的作用。針對(duì)現(xiàn)有的金屬網(wǎng)格透明導(dǎo)電膜表面不平整,應(yīng)用于光電器件中存在短路現(xiàn)象等問(wèn)題,本論文基于電鍍和研磨技術(shù),首次開發(fā)了粗糙度低至0.17 nm、表面光滑且平整的銀基復(fù)合金屬網(wǎng)格透明電極。通過(guò)性能表征,銀基復(fù)合金屬網(wǎng)格具有優(yōu)異的光電性能、抗繞折性和環(huán)境穩(wěn)定性等,在透過(guò)率88%時(shí),方阻為2.1 Ω/□。采用該金屬網(wǎng)格制備了量子點(diǎn)發(fā)光器件和鈣鈦礦太陽(yáng)能電池,實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的器件性能,并解決了光電器件中透明電極導(dǎo)電性不足的問(wèn)題。2、針對(duì)銀材料成本高和熱燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題,基于毫秒閃燈燒結(jié)技術(shù)開發(fā)出銅納米顆粒金屬網(wǎng)格透明導(dǎo)電膜,進(jìn)而發(fā)展銅錫復(fù)合金屬鈉米顆粒金屬網(wǎng)格透明導(dǎo)電膜,減少閃燈燒結(jié)能量和提高透明導(dǎo)電薄膜質(zhì)量。銅納米顆粒中加入低熔點(diǎn)錫納米顆粒,一方面可以使得燒結(jié)能量降低21%;另一方面,低熔點(diǎn)的錫納米顆粒燒結(jié)時(shí)容易熔化,可以有效地把銅納米顆粒熔合在一起,形成導(dǎo)電通路,且銅錫復(fù)合鈉米顆粒金屬網(wǎng)格展現(xiàn)更優(yōu)異的附著力和薄膜質(zhì)量。3、針對(duì)現(xiàn)已報(bào)道的金屬網(wǎng)格透明導(dǎo)電膜存在深寬比和分辨率低、且光電性能有限等缺點(diǎn),不能滿足高精密電子電路實(shí)際應(yīng)用需求。本文基于增材制造技術(shù),開發(fā)了2:1高深寬比、4μ叫窄金屬線寬的銅網(wǎng)格透明導(dǎo)電膜。金屬銅完全限制于高深寬比的凹槽中,在不改變光透過(guò)率情況下,可實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)電性,最終獲得0.03Ω/口的方阻和86%的透過(guò)率,FOM值高達(dá)80000,光電性能達(dá)到世界領(lǐng)先水平,實(shí)現(xiàn)了透過(guò)率和導(dǎo)電性獨(dú)立可調(diào)的性能。采用該銅網(wǎng)格制備了電加熱膜,實(shí)現(xiàn)了加熱效率高、穩(wěn)定性好和加熱均勻等特性;同時(shí)應(yīng)用于透明電磁屏蔽膜中,在300 MHz-18 GHz全頻段范圍內(nèi),屏蔽效果已超過(guò)40 dB。4、隨著可穿戴電子器件的發(fā)展,可拉伸透明電極已被廣泛應(yīng)用。本文結(jié)合電鍍和金屬網(wǎng)格剝離技術(shù),實(shí)現(xiàn)了一維和二維的可拉伸透明電極的制備,并從理論和實(shí)驗(yàn)方面詳細(xì)研究了透明敷料、PDMS和ecoflex襯底對(duì)拉伸性能的影響,并探究其拉伸機(jī)理。同時(shí)研究了基于不同可拉伸結(jié)構(gòu)的金屬網(wǎng)格電極的性能:可獲得0.12 Ω/□的方塊電阻和82%的透過(guò)率;對(duì)于具有大振幅的Z字形可拉伸結(jié)構(gòu)拉伸到150%時(shí),電阻基本保持不變,展現(xiàn)了優(yōu)異的拉伸性能。使用該可拉伸透明導(dǎo)電膜于透明加熱敷料中,可精準(zhǔn)控制加熱溫度,且加熱穩(wěn)定性好和加熱效率高等特性;并用于小鼠表皮腫瘤治療中,為透明加熱敷料在人體理療方面的應(yīng)用展示了很好的示范作用。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB383.2
【圖文】：

為０．３５邋ｎｍ［５８］，其他維度的碳材料都是以石墨烯為基準(zhǔn)材料構(gòu)建，如石墨烯翹曲逡逑形成零維富勒烯、卷曲為管狀形成一維的碳納米管、或堆疊形成三維的石墨［￥５９］，逡逑如圖１．３所示。逡逑＾Ｖ＊Ｖ＊－ｖａ＊＇ｆ＊＊逡逑，－、－邐？廣－ｖ邋N＾邋￣邋＾邐／邋＇邋＇■邋？逡逑＾邋ｗ．＊＊＂－分邐ｆ邋ｆ邐Ｔ邋＾邋＾邋＾邐＾邐＾邋＾邋＾邋Ｙ邋＾逡逑，．ｙ邋NB，ＷNB－．邋Ｓ？．氣，－夂，＊＇４－－邐人．廣．產(chǎn)－逡逑，％邋ｍ逡逑？邐y敏逡逑圖１．３單層石墨烯及以石墨烯為基材的其他碳材料結(jié)構(gòu)圖：石墨烯是一種適用于所有其他逡逑維度碳材料的二維材料，它可以包裹成零維的富勒烯，卷成一維的碳納米管，或者堆成三維逡逑的石墨［５９］。逡逑６逡逑

５邋５０邐－Ｖ－邋ＡｇＮＷｓ邋ｏｎ邋ＰＥＴ逡逑圖１．４邋Ｚｅｎｇ等研宄人員＾制備的銀納米線透明導(dǎo)電膜：（ａ瓶納米線掃描電子顯微鏡圖逡逑片，（ｂ）方阻和透過(guò)率曲線圖。逡逑銅的導(dǎo)電性只比銀低６％，但它的儲(chǔ)量是銀的１０００倍，價(jià)格比銀便宜１００倍逡逑１６８］，低成本，因此吸引了科研工作者的關(guān)注，開始合成銅納米線來(lái)降低材料成本，逡逑并通過(guò)銅納米線溶液獲得高性能的透明導(dǎo)電薄膜。Ｙｅ等人合成了高縱橫比的逡逑銅納米線（如圖１．５所示），并制得了透過(guò)率超過(guò)９５°／。，方阻小于１００邋Ｄ／□的銅納逡逑米線透明導(dǎo)電膜。盡管銅納米線透明導(dǎo)電膜展現(xiàn)了好的光電性能和機(jī)械柔性，但逡逑是其對(duì)氧氣和水分很敏感，極易被氧化，導(dǎo)電性不穩(wěn)定［？。為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性好的逡逑銅納米線透明導(dǎo)電膜，Ｓｔｅｗａｒｔ等人把溶液方法制備好的銅納米線透明導(dǎo)電膜逡逑在乙酸中浸泡

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本文編號(hào)：2713574