CN102201538A - 一种柔性光电子器件用基板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性光电子器件用基板，包括柔性衬底和导电层，其特征在于，所述柔性衬底和导电层由以下两种方式中的一种构成：①所述柔性衬底为透明介电性聚合物材料，所述导电层为银纳米线薄膜，所述银纳米线薄膜的空隙中填充有石墨烯；②所述柔性衬底为掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，所述导电层为银纳米线薄膜，所述银纳米线薄膜的空隙中填充有掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料。该基板解决了银纳米线薄膜粗糙度大以及银纳米线薄膜与柔性衬底之间结合力差的问题，提高了银纳米线薄膜的电导率和表面的平整度，增加了银纳米线薄膜与柔性衬底间的结合力。

Description

一种柔性光电子器件用基板及其制备方法

技术领域

本发明涉及有机光电子技术领域，具体涉及一种柔性光电子器件用基板及其制备方法。

背景技术

光电子技术是继微电子技术之后迅速发展的科技含量很高的产业。随着光电子技术的快速发展，太阳能电池、光影像传感器、平面显示器、薄膜晶体管等光电子产品都逐渐发展成熟，它们大大改善了人们的生活。同时，光电子信息技术在社会生活各个领域的广泛应用，也创造了日益增长的巨大市场。发达国家都把光电信息产业作为重点发展的领域之一，光电子信息领域的竞争正在世界范围展开。

目前有机光电子器件大都是制备在刚性基板(如玻璃或硅片上)，他们虽然具有优良的器件性能，但抗震动，抗冲击的能力较弱，重量相对较重，携带不甚方便，在某些场合的应用受到很大的限制。人们开始试图将有机光电子器件沉积在柔性基板上而不是刚性基板上。

用柔性基板代替刚性基板的好处是产品更轻、不易破碎、所占空间小且更便于携带。但是，尽管有这些优点，用柔性基板代替刚性基板还存在许多限制，柔性器件的制备仍然有许多基础问题需要解决。对于柔性衬底来说，由于柔性衬底的表面平整性远不及刚性衬底，而对柔性衬底进行表面平滑处理要特殊的设备且工艺难度较大，提高了基板的生产成本；柔性衬底的水、氧透过率远大于刚性衬底，导致光电子器件受从基板透过的水氧的影响，降低了器件的性能。

对于电极层来说，常规的电极层材料In₂O₃:SnO₂(ITO)用作柔性基板的电极存在以下缺点：(1)ITO中的铟有剧毒，在制备和应用中对人体有害；(2)ITO中的In₂O₃价格昂贵，成本较高；(3)ITO薄膜易受到氢等离子体的还原作用，功效降低，这种现象在低温、低等离子体密度下也会发生；(4)在柔性衬底上的ITO薄膜会因为柔性衬底的弯曲而出现电导率下降的现象；(5)采用厚的ITO层会降低透光率，50-80％的光线在玻璃、ITO和有机层吸收掉，采用薄的ITO层工艺难度较大。近年来，由于银纳米线薄膜具有较高的电导率和可见光透过率已成为潜在的可代替ITO的电极材料，但银纳米线薄膜存在表面粗糙度大以及银纳米线薄膜与柔性衬底之间结合力差的缺点，降低了基于银纳米线薄膜电极的光电子器件的性能。

因此，如果能够解决上述这些问题，将会使光电子器件得到更为广泛的应用和更加快速的发展。

发明内容

本发明所要解决的问题是：如何提供一种柔性光电子器件用基板及其制备方法，该基板解决了银纳米线薄膜粗糙度大以及银纳米线薄膜与柔性衬底之间结合力差的问题，提高了银纳米线薄膜表面的平整度以及银纳米线薄膜与柔性衬底之间结合力。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种柔性光电子器件用基板，包括柔性衬底和导电层，其特征在于，所述柔性衬底和导电层由以下两种方式中的一种构成：①所述柔性衬底为透明介电性聚合物材料，所述导电层为银纳米线薄膜，所述银纳米线薄膜的空隙中填充有石墨烯；②所述柔性衬底为掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，所述导电层为银纳米线薄膜，所述银纳米线薄膜的空隙中填充有掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料。

按照本发明所提供的柔性光电子器件用基板，其特征在于，在第②种结构中石墨烯的掺杂质量比小于或等于40％。

按照本发明所提供的柔性光电子器件用基板，其特征在于，所述透明介电性聚合物材料包括聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂聚丙烯酸、聚芳醚酮、聚偏氟乙烯、聚酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸酯、聚对苯二甲酰三甲基己二胺、聚丁烯或聚乙烯醇。

一种柔性光电子器件用基板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①对表面粗糙度小于1nm的刚性基板(如玻璃或硅片)进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干；

②采取旋涂或喷涂或自组装或喷墨打印或丝网印刷的方式在洁净的基板上制备银纳米线薄膜；

③在银纳米线薄膜上旋涂或喷涂掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料层，或先旋涂或滴涂或喷涂含石墨烯的溶液，再旋涂或喷涂透明介电性聚合物材料层，所述透明介电性聚合物材料包括聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂聚丙烯酸、聚芳醚酮、聚偏氟乙烯、聚酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸酯、聚对苯二甲酰三甲基己二胺、聚丁烯和聚乙烯醇；

④对刚性基板表面进行热固化处理；

⑤将银纳米线薄膜和固化后的透明介电性聚合物材料层或掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料层剥离刚性基板表面，形成柔性导电基板；

⑥测试柔性导电基板的透过率、电导率和表面形貌的各项参数。

本发明的有益效果：本发明的导电层在粗糙度小的刚性基板上制备，导电层空隙中填充有石墨烯或掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，将导电层从刚性基板表面剥离，形成柔性基板的导电层，不仅提高了导电层表面的平整度，而且增加了导电层的电导率；本发明的柔性衬底中的透明介电性聚合物材料具有高的可见光透过率的特点，提高了柔性基板的可见光透过率；采用先制备导电层再制备柔性衬底的方式形成柔性基板，增加了导电层与柔性衬底间的结合力。

附图说明

图1是本发明实施例1-10的柔性光电子器件用基板的结构示意图；

图2是本发明实施例1中的基板的可见光透过率。

其中，1、柔性衬底，2、导电层。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明作进一步描述：

本发明的技术方案是提供一种柔性光电子器件用基板，如图1所示，器件的结构包括柔性衬底1，导电层2。

本发明中柔性衬底1为导电层的依托，它有较好的弯折性能，有一定的防水汽和氧气渗透的能力，有良好的化学稳定性和热稳定性，导电层2要求有良好的导电能力，柔性衬底和导电层由以下两种方式构成：①所述柔性衬底为透明介电性聚合物材料，所述导电层为银纳米线薄膜，所述银纳米线薄膜的空隙中填充有石墨烯；②所述柔性衬底为掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，所述导电层为银纳米线薄膜，所述银纳米线薄膜的空隙中填充有掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，所述透明介电性聚合物材料包括聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂聚丙烯酸、聚芳醚酮、聚偏氟乙烯、聚酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸酯、聚对苯二甲酰三甲基己二胺、聚丁烯和聚乙烯醇。

以下是本发明的具体实施例：

实施例1

如图1所示基板结构，柔性衬底1采用聚乙烯，导电层2采用银纳米线薄膜，所述银纳米线薄膜的空隙中填充石墨烯。

制备方法如下：

①对表面粗糙度小于1nm的硅基板进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干；

②将银纳米线均匀分散在溶剂中，采取旋涂方式在洁净的硅基板上制备银纳米线薄膜，旋涂时转速为4000转/秒，时长60秒，膜厚约为80纳米；

③在银纳米线薄膜上喷涂含石墨烯的溶液，将硅基板在80℃的环境中放置30分钟，除去银纳米线薄膜中残存的溶剂，再在银纳米线薄膜上喷涂聚乙烯；

④对硅基板表面进行热固化处理；

⑤将银纳米线薄膜和固化后的聚乙烯层剥离硅基板表面，形成柔性导电基板；

⑥测试柔性导电基板的透过率、电导率和表面形貌的各项参数。

实施例2

如图1所示基板结构，柔性衬底1采用聚酰亚胺，导电层2采用银纳米线薄膜，所述银纳米线薄膜的空隙中填充石墨烯。

制备方法如下：

①对表面粗糙度小于1nm的硅基板进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干；

②将银纳米线均匀分散在溶剂中，采取喷涂方式在洁净的硅基板上制备银纳米线薄膜；

③在银纳米线薄膜上喷涂含石墨烯的溶液，将硅基板在80℃的环境中放置30分钟，除去银纳米线薄膜中残存的溶剂，再在银纳米线薄膜上喷涂聚酰亚胺；

④对硅基板表面进行热固化处理；

⑤将银纳米线薄膜和固化后的聚酰亚胺层剥离硅基板表面，形成柔性导电基板；

⑥测试柔性导电基板的透过率、电导率和表面形貌的各项参数。

实施例3

如图1所示基板结构，柔性衬底1采用聚酯，导电层2采用银纳米线薄膜，所述银纳米线薄膜的空隙中填充石墨烯。

制备方法如下：

①对表面粗糙度小于1nm的硅基板进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干；

②将银纳米线均匀分散在溶剂中，采取喷墨打印的方式在洁净的硅基板上制备银纳米线薄膜；

③在银纳米线薄膜上喷涂含石墨烯的溶液，将硅基板在80℃的环境中放置30分钟，除去银纳米线薄膜中残存的溶剂，再在银纳米线薄膜上喷涂聚酯；

④对硅基板表面进行热固化处理；

⑤将银纳米线薄膜和固化后的聚酯剥离硅基板表面，形成柔性导电基板；

⑥测试柔性导电基板的透过率、电导率和表面形貌的各项参数。

实施例4

如图1所示基板结构，柔性衬底1采用聚丁烯，导电层2采用银纳米线薄膜，所述银纳米线薄膜的空隙中填充石墨烯。

制备方法如下：

①对表面粗糙度小于1nm的硅基板进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干；

②将银纳米线均匀分散在溶剂中，采取丝网印刷的方式在洁净的硅基板上制备银纳米线薄膜；

③在银纳米线薄膜上喷涂含石墨烯的溶液，将硅基板在80℃的环境中放置30分钟，除去银纳米线薄膜中残存的溶剂，再在银纳米线薄膜上喷涂聚丁烯；

④对硅基板表面进行热固化处理；

⑤将银纳米线薄膜和固化后的聚丁烯剥离硅基板表面，形成柔性导电基板；

⑥测试柔性导电基板的透过率、电导率和表面形貌的各项参数。

实施例5

如图1所示基板结构，柔性衬底1采用聚乙烯醇，导电层2银纳米线薄膜，所述银纳米线薄膜的空隙中填充掺杂石墨烯的聚乙烯醇，所述石墨烯的掺杂质量比为5％。

制备方法与实施例1相似。

实施例6

如图1所示基板结构，柔性衬底1采用聚芳醚酮，导电层2采用银纳米线薄膜，所述银纳米线薄膜的空隙中填充掺杂石墨烯的聚芳醚酮，所述石墨烯的掺杂质量比为10％。

制备方法与实施例1相似。

实施例7

如图1所示基板结构，柔性衬底1采用聚对苯二甲酰三甲基己二胺，导电层2采用银纳米线薄膜，所述银纳米线薄膜的空隙中填充掺杂石墨烯的聚对苯二甲酰三甲基己二胺，所述石墨烯的掺杂质量比为15％。

制备方法与实施例1相似。

实施例8

如图1所示基板结构，柔性衬底1采用聚偏氟乙烯，导电层2采用银纳米线薄膜，所述银纳米线薄膜的空隙中填充掺杂石墨烯的聚偏氟乙烯，所述石墨烯的掺杂质量比为20％。

制备方法与实施例1相似。

实施例9

如图1所示基板结构，柔性衬底1采用聚氨基甲酸酯，导电层2采用银纳米线薄膜，所述银纳米线薄膜的空隙中填充掺杂石墨烯的聚氨基甲酸酯，所述石墨烯的掺杂质量比为30％。

制备方法与实施例1相似。

实施例10

如图1所示基板结构，柔性衬底1采用聚萘二甲酸乙二醇酯，导电层2采用银纳米线薄膜，所述银纳米线薄膜的空隙中填充掺杂石墨烯的聚萘二甲酸乙二醇酯，所述石墨烯的掺杂质量比为40％。

制备方法与实施例1相似。

Claims (4)

1.一种柔性光电子器件用基板，包括柔性衬底和导电层，其特征在于，所述柔性衬底和导电层由以下两种方式中的一种构成：①所述柔性衬底为透明介电性聚合物材料，所述导电层为银纳米线薄膜，所述银纳米线薄膜的空隙中填充有石墨烯；②所述柔性衬底为掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料，所述导电层为银纳米线薄膜，所述银纳米线薄膜的空隙中填充有掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料。

2.根据权利要求1所述的柔性光电子器件用基板，其特征在于，在第②种结构中石墨烯的掺杂质量比小于或等于40％。

3.根据权利要求1所述的柔性光电子器件用基板，其特征在于，所述透明介电性聚合物材料包括聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂聚丙烯酸、聚芳醚酮、聚偏氟乙烯、聚酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸酯、聚对苯二甲酰三甲基己二胺、聚丁烯和聚乙烯醇。

4.一种柔性光电子器件用基板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①对表面粗糙度小于1nm的刚性基板进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干；

②采取旋涂或喷涂或自组装或喷墨打印或丝网印刷的方式在洁净的基板上制备银纳米线薄膜；

③在银纳米线薄膜上旋涂或喷涂掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料层，或先旋涂或滴涂或喷涂含石墨烯的溶液，再旋涂或喷涂透明介电性聚合物材料层，所述透明介电性聚合物材料包括聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂聚丙烯酸、聚芳醚酮、聚偏氟乙烯、聚酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸酯、聚对苯二甲酰三甲基己二胺、聚丁烯和聚乙烯醇；

④对刚性基板表面进行热固化处理；

⑤将银纳米线薄膜和固化后的透明介电性聚合物材料层或掺杂石墨烯的透明介电性聚合物材料层剥离刚性基板表面，形成柔性导电基板；

⑥测试柔性导电基板的透过率、电导率和表面形貌的各项参数。

Images