CN114171241B - 一种导电结构及其制备方法、由其制备的电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导电结构，包括层叠设置的基板、导电介质层、第一金属纳米线层，其中，单位厚度的所述导电介质层的透光率大于单位厚度的所述第一金属纳米线层的透光率；使导电结构在垂直于导电介质层的方向上不仅可以获得较大的厚度，还有利于电流传输以及光线穿透，使导电结构满足多元化的市场需求。

Description

一种导电结构及其制备方法、由其制备的电子设备

技术领域

本申请属于显示领域，特别涉及一种导电结构及其制备方法、由其制备的电子设备。

背景技术

随着光电行业的发展，透明导电薄膜得到了越来越广泛的应用。1907年Badeker首次报道半透明导电CdO材料，直到第二次世界大战，透明导电薄膜(Transparentconductive film，TCF)材料才得到足够的重视和应用。现在，TCF材料(例如ITO(Indiumtin oxide))、TFO(fluorine-doped tin oxide))已经广泛地应用在平板显示，节能玻璃和太阳能电池中。从物理角度看，物质的透光性和导电性是一对基本矛盾。一种材料要具备良好的导电性，必须同时有较高的载流子浓度和较高的载流子迁移率，然而较高浓度的载流子会吸收光子从而提高了材料对光的吸收率降低了其透射率。从CdO到ITO，以及AZO(Al-doped ZnO)、从金属薄膜到聚合物薄膜、从单一组分到多元材料……对透明导电薄膜的研究一直围绕这一矛盾展开。金属氧化物，特别是ITO，在可见光区具有较高的光透过率和较低的电阻率，在过去50年来一直是透明导电电极研究和应用的热点。然而金属氧化物本身导电性有限，且质脆易碎，不易变形等缺陷，同时原料资源日益稀缺，价格昂贵，已经无法满足现代光电子器件的发展的需求。

近年来用于制作透明导电薄膜的导电材料主要有：纳米线、金属纳米颗粒、导电高分子聚合物、石墨烯、碳纳米管等。其中采用纳米线导电填料制作的透明导电薄膜具有优异的导电性能和透光率,在经过多次弯折后仍然能够保持较低的表面电阻值。因此纳米线称为最具有潜力替代ITO用于制作透明导电薄膜的导电材料，受到国内外广泛的关注。

纳米线用作电极主要包括两种方式，一是有序的网格电极，即在衬底表面通过丝网印刷、电子束、聚焦离子束刻蚀等技术获得规则宏观或纳米尺度栅线。在传统晶体硅太阳能电池中，银浆栅线电极被大量使用。通过丝网印刷和后续的高温(约800℃)退火得到银浆栅线电极。但这种电极昂贵的制备方法(丝网印刷、离子束和电子束刻蚀等)大幅地提高了电极成本。二是液相法大面积制备随机纳米线薄膜电极。随机纳米线网因其优异的光电性能，耐弯折性以及易于在不同材料的衬底上进行大面积制备等优点得到了研究机构和工业界的广泛关注(Ye,S.,Rathmell,A.R.,Chen,Z.,Stewart,I.E.&Wiley,B.J.Metalnanowire networks:the next generation of transparentconductors.Advancedmaterials26,6670-6687,doi:10.1002/adma.201402710(2014).)。然而，高表面电阻以及低表面附着力限制了纳米线的大面积应用，为了制备性能优异的纳米线电极，高温退火、高强度脉冲激光烧结和表面封装等复杂的后处理工艺被用来解决上述问题，但是这些工艺不仅耗时而且耗能。

因此，如何低成本地制备具有高透明、低表面电阻、良好衬底附着力和机械环境稳定性等优异性能的纳米线电极，成为其在光电领域，特别是触摸显示、光伏等行业，大规模应用的关键问题。

发明内容

针对上述技术问题，本申请提供一种导电结构，包括依次层叠设置的基板、导电介质层、第一金属纳米线层，其中，单位厚度的所述导电介质层的透光率大于单位厚度的所述第一金属纳米线层的透光率。

进一步地，所述导电介质层的厚度大于所述第一金属纳米线层的厚度。

进一步地，所述导电介质层包括导电树脂、金属纳米颗粒、导电碳纳米材料中的至少一种。

进一步地，所述导电介质层内设置有沿所述第一金属纳米线层指向所述导电介质层方向延伸的孔，所述孔内填充有金属纳米线。

进一步地，还包括层叠设置于所述导电介质层远离所述第一金属纳米线层一侧面的第二金属纳米线层。

进一步地，所述第一金属纳米线层中的金属纳米线的长度为5～50μm。

进一步地，所述导电结构的透光率大于10％。

进一步地，所述导电结构的方阻为0.1～10Ω/□。

本申请还包括一种电子设备，包括上述的导电结构。

本申请还提供一种上述的导电结构的制备方法，包括步骤：

S1、提供一基板；

S2、在所述基板上形成导电介质层；

S3、在所述导电介质层上涂布金属纳米线分散液，以形成第一金属纳米线层。

有益效果：

1、本申请的导电结构包括层叠设置的导电介质层、第一金属纳米线层，其中，单位厚度的所述导电介质层的透光率大于单位厚度的所述第一金属纳米线层的透光率，使导电结构在垂直于导电介质层的方向上不仅可以厚度较大，同时还能保持较好的电学性能和光学性能。

2、本申请的导电结构的制备方法工艺简单、生产效率高，适合大规模量产。

附图说明

图1是本申请第一种具体实施方式中导电结构的结构示意图；

图2是本申请第五种具体实施方式中导电结构的结构示意图；

图3是本申请第十五种具体实施方式中导电结构的结构示意图；

图4是本申请一实施方式中导电结构的制备流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式，对本申请实施例中的技术方案进行详细地描述。应注意的是，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部实施方式。

本文中使用的术语仅用于描述具体实施方式的目的且不意图为限制性的。如果未另外定义，说明书中的所有术语(包括技术和科学术语)可如本领域技术人员通常理解的那样定义。常用字典中定义的术语应被解释为具有与它们在相关领域的背景和本公开内容中的含义一致的含义，并且不可以理想方式或者过宽地解释，除非清楚地定义。此外，除非明确地相反描述，措辞“包括”和措辞“包含”当用于本说明书中时表明存在所陈述的特征、区域、整体、步骤、操作、要素、和/或组分，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、区域、整体、步骤、操作、要素、组分、和/或其集合。因此，以上措辞将被理解为意味着包括所陈述的要素，但不排除任何其它要素。

将理解，尽管术语第一、第二、第三等可在本文中用于描述各种元件、组分、区域、层和/或部分，但这些元件、组分、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、组分、区域、层或部分区别于另外的元件、组分、区域、层或部分。因而，在不背离本实施方式的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组分、区域、层或部分可称为第二元件、组分、区域、层或部分。

定义

以下定义适用于关于本发明一些实施方式描述的一些方面，这些定义同样可以在本文得到扩展。

除非上下文另做清楚规定，否则如本文使用的，单数形式“一个”和“所述”包括多个指代物。除非上下文另做清楚规定，否则提到一个对象可包括多个对象。

如本文使用的，术语“邻近”是指接近或邻接。邻近的对象可彼此间隔开，或者可彼此实际或直接接触。在一些情况中，邻近的对象可彼此连接，或者可彼此整体的形成。

如本文使用的，术语“连接”、是指操作性耦接或链接。链接的对象可彼此直接耦接，或者可经由另一组对象彼此间接地耦接。

如本文使用的，相对性术语，例如“里边”、“内部”、“外面”、“外部”、“顶部”、“底部”、“正面”、“背面”、“后面”、“上部”、“下部”、“垂直”、“横向”、“在……之上”及“在……之下”是指例如根据附图，一组对象先对彼此的取向，但在制造或使用期间不要求这些对象的特定取向。

如本文使用的，术语“纳米范围”或“nm范围”是指约1nm至约1μm的尺寸范围。

如本文使用的，术语“纵横比”是指对象的最大尺寸或范围与所述对象的其余尺寸或范围的平均值的比，其中所述其余尺寸相对彼此且相对最大尺寸正交。在一些情况中，对象的其余尺寸可基本上相同，并且所述其余尺寸的平均值可基本上对应于所述其余尺寸中的任一项。例如，圆柱体的纵横比是指圆柱体的长度与圆柱体截面直径的比。

如本文使用的，术语“纳米级”对象是指具有至少一个在纳米范围内的尺寸的对象。纳米级对象可具有任何的各种各样的形状，并且可由各种各样的材料形成。纳米级对象的实例包括纳米线、纳米管、纳米片、纳米颗粒以及其他纳米结构。

如本文使用的，术语“纳米线”是指细长的纳米级对象，其基本上是实心的。一般的，纳米线具有纳米范围内的横向尺寸(例如，以直径、宽度、或表示跨正交方向的平均值的宽度或直径形式的截面尺寸)。

如图1所示，为本申请第一种具体实施方式中导电结构的示意图，导电结构100包括依次层叠设置的基板10、导电介质层20、第一金属纳米线层11，其中，单位厚度的导电介质层20的透光率大于单位厚度的第一金属纳米线层11的透光率。导电介质层20与第一金属纳米线层11搭配使用可以增加导电结构100在垂直于导电介质层20方向上的厚度，同时在垂直于导电介质层20方向上导电介质层20与第一金属纳米线层11共同传导电流，从而使本申请的导电结构100可以根据实际性能需要设计多种结构，适用于多种设备、多种场景，满足市场多元化的需求。

本申请的导电介质层20可以为导电结构100提供较大厚度，当为了保证导电结构100具备一定透光性，较厚的导电介质层20的导电性一般较低，本申请通过在导电介质层20上层叠设置第一金属纳米线层11，使导电结构100具备优异的光学性能、电学性能。

在本申请第二种具体实施方式中，导电介质层的厚度大于所述第一金属纳米线层的厚度，以使导电结构在垂直于导电介质层的方向上具备一定的厚度。

一优选实施方式中，本申请的导电介质层的厚度大于100nm，从而使导电结构垂直方向上具备一定的厚度，导电介质层与第一金属纳米线层共同提升导电结构厚度方向的电学性能、光学性能，导电结构厚度优选为200nm～10μm。

在本申请的第三种具体实施方式中，导电介质层包括导电树脂、金属纳米颗粒、导电碳纳米材料中的至少一种，单位厚度的该类导电介质层成本低于金属纳米线层，有效降低导电结构成本，同时导电介质层可与第一金属纳米线层中的金属纳米线更好搭接导电，增加导电结构的厚度，降低导电结构的方阻。

一优选实施方式中，本申请的金属纳米颗粒的尺寸为10nm～10μm，优选为50nm～2μm，从而使导电结构的方阻能控制在合适的范围，导电结构适用范围更宽。

在本申请的第四种具体实施方式中，导电介质层内具有沿第一金属纳米线层指向导电介质层方向延伸的孔，孔内填充有金属纳米线，其中，金属纳米线可以为第一金属纳米线层中的部分金属纳米线，也可以为另外填充进入孔中的金属纳米线，孔可以为盲孔，也可以为贯穿孔，以进一步提升导电结构的电学性能。

在本申请第五种具体实施方式中，导电结构还包括层叠设置于所述导电介质层远离所述第一金属纳米线层一侧面的第二金属纳米线层，以增加导电结构的导电性以及透光率，具体如图2所示，导电结构100包括自下而上依次层叠设置的基板10、第二金属纳米线层12、由金属纳米颗粒组成的导电介质层21、第一金属纳米线层11，以进一步提高导电结构的光学性能和电学性能。

一优选实施方式中，本申请的第二金属纳米线层中的金属纳米线的长度可以与第一金属纳米线层的金属纳米线的长度相同，也可以不同，例如第二金属纳米线层中的金属纳米线的长度可以为20μm，第二金属纳米线层与导电介质层、第一金属纳米线层共同结合构成方阻低、透光率强的导电结构。

在本申请第六种具体实施方式中，第一金属纳米线层中的金属纳米线的长度为5～50μm，从而金属纳米线自身及金属纳米线之间不容易发生打结，以使导电结构获得合适的方阻、透光率，金属纳米线长度优选为10～30μm。

本申请第七种具体实施方式中，导电结构的透光率大于10％，从而使导电结构可以作为透明显示装置的电极，导电结构透光率优选为30～80％，导电结构100可以使用在透明显示场景的电子设备中，以观看到电子设备另一侧的图像，例如可以作为展示橱窗上的电极设备，既美观大方又实用。

本申请第八种具体实施方式中，本申请的导电介质层的单位厚度透光率大于第一金属纳米线层的单位厚度透光率，从而进一步提升导电结构的光学性能。

本申请第九种具体实施方式中，本申请的导电结构的雾度小于70％，以使我们可以从导电结构一侧看到另一侧的场景。

在本申请第十种具体实施方式中，导电结构的方阻为0.1～10Ω/□，从而能够保证导电结构具有良好的导电性能，其中导电介质层的方阻大于第一金属纳米线层和/或第二金属纳米线层的方阻，使导电结构更好满足厚度、透光率、方阻的要求。

在本申请第十一种具体实施方式中，导电结构的金属纳米线包括金纳米线、银纳米线、铜纳米线、铁纳米线、钴纳米线、镍纳米线中的至少一种，金属纳米线可以单独使用，也可以多种金属纳米线搭配使用，可以根据实际需要进行搭配选用。

在本申请第十二种具体实施方式中，本申请导电结构中第一金属纳米线层和或第二金属纳米线层中的金属纳米线的纵横比范围为10～10000，金属纳米线的纵横比更优选为100～5000。

一优选实施方式中，本申请导电结构的金属纳米线的直径范围为5～100nm。

在本申请的第十三种具体实施方式中，导电结构中金属纳米颗粒包括金纳米颗粒、银纳米颗粒、铜纳米颗粒、铁纳米颗粒、钴纳米颗粒、镍纳米颗粒中的至少一种，该类金属纳米颗粒的电流传导性较好，适合将导电结构的垂直方向的导电率控制在合适的值。

在本申请的第十四种具体实施方式中，导电结构中导电树脂包括PEDOT，以使导电结构的厚度、导电率都可以控制在合适的范围。

在本申请的第十五种具体实施方式中，如图3所示，导电结构100包括在基板上自下而上依次设置的由导电树脂组成的导电介质层22、第一金属纳米线层11。

在本申请的第十六种具体实施方式中，导电结构中导电碳纳米材料包括石墨烯、石墨炔、富勒烯、碳纳米管中的至少一种，以获得多元化的导电结构。

本申请还提供一种电子设备，包括上述导电结构，电子设备可以包括显示装置，也可以包括非显示装置，显示装置包括但不限于手机、电脑、车载显示器、AR显示器、VR显示器、智能手表、柔性显示屏、柔性显示面板等装置，本申请的电致发光器件可以为QLED器件、OLED器件、PLED器件、Micro-LED器件或Mini-LED器件。本申请的显示装置可以为顶发光显示装置，也可以为底发光显示装置，还可以为透明显示装置。

本申请还提供一种导电结构的制备方法，如图4所示，包括如下步骤：

S1、提供一基板；

在本实施方式中，基板可以为刚性基板，也可以为柔性基板。其中，刚性基板包括但不限于玻璃、金属箔片或陶瓷材质中的一种或多种。

柔性基板包括聚合物薄膜，聚合物薄膜包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯乙烯(PS)、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)、聚芳基酸酯(PAT)、聚芳酯(PAR)、聚酰亚胺(PI)、聚氯乙烯(PV)、聚乙烯(PE)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、纺织纤维中的一种或多种。

S2、在所述基板上形成导电介质层；

形成导电介质层的方式包括但不限定于喷墨打印、喷涂、旋涂、印刷、刮涂、浸渍提拉、浸泡、滚涂或狭缝打印等，本申请并不以此为限。

S3、在所述导电介质层上涂布金属纳米线分散液，以形成第一金属纳米线层；

本实施方式的金属纳米线分散液包含金属纳米线，涂布次数例如为1-10次，当涂布次数为多次时，金属纳米线经过依次堆叠方式排布。每次在导电介质层上涂布金属纳米线分散液时，使金属纳米线分散液在导电介质层上均匀铺展，经过后续的干燥、退火等处理，形成金属纳米线分散更均匀，从而获得平整性更佳的导电结构。

在本申请一优选实施方式中，在步骤S2中，导电介质层可以由金属纳米颗粒分散液制备而得，金属纳米颗粒分散液中金属纳米颗粒的质量百分含量为0.5～10％，优选0.5～2％；金属纳米颗粒分散液可以为水性分散液，其中例如包括水性纤维素、表面活性剂、水等，以使金属纳米颗粒分散液的粘度、表面张力适当，分散性更好，使制备得到的导电介质层均一性高、导电性能优异；金属纳米颗粒分散液还可以为油性分散液，其中例如包括聚酯、聚氨酯、BYK、酯类溶剂等，以利于使用喷墨打印方式制备大尺寸导电结构。

在本申请另一优选实施方式中，步骤S3中，金属纳米线分散液中的金属纳米线的质量百分含量为0.05～5％，使金属纳米线分散性更好，金属纳米线的质量百分含量优选为0.1～2％。金属纳米线分散液还可以包括水性纤维素、表面活性剂、水等，使金属纳米线的分散性更好，以利用获得导电性能优异的导电结构。

以下将更详细地描述根据本申请的一些示例性实施方式的显示装置的结构；然而，本申请的示例性实施方式不限于此。

实施例1

步骤1：制备导电高分子聚合物膜层

采用20#线棒在PET基材表面涂布高分子导电聚合物PEDOT/PSS，放置130℃烘箱中10min，形成1.5μm厚度的导电高分子聚合物膜层。

步骤2：制备银纳米线&导电高分子的导电结构

在导电高分子聚合物膜层上旋涂1％纳米银线分散液(纳米银线直径为30nm，长度为20μm)1-5次，每次旋涂后将复合层置于50℃烘箱中3min，若干次旋涂后测得的导电结构的方阻、透过率、雾度和厚度如下表1所示。

表1实施例1中不同旋涂次数下的导电结构性能参数

实施例2

步骤1：将含有粒径为200nm的纳米银颗粒的分散液旋涂在PET基材上，其中纳米银颗粒的质量百分含量为5％，经过烘干，形成厚度为0.5μm的纳米银颗粒导电层；

步骤2：在纳米银颗粒导电层上旋涂浓度为1.5％的银纳米线分散液(其中，纳米银线直径为30nm，长度为30μm)，烘干，形成导电结构。

实施例3

步骤1：将含有粒径为500nm的纳米银颗粒的分散液旋涂在PET基材上，其中纳米银颗粒的质量百分含量为5％，经过烘干，形成厚度为1μm的纳米银颗粒导电层；

步骤2：在纳米银颗粒导电层上旋涂浓度为1.5％的银纳米线分散液(纳米银线直径为30nm，长度为30μm)，烘干，形成导电结构。

实施例4

步骤1：将含有粒径为1μm的纳米银颗粒的分散液旋涂在PET基材上，其中纳米银颗粒的质量百分含量为5％，经过烘干，形成厚度为2μm的纳米银颗粒导电层；

步骤2：在纳米银颗粒导电层上旋涂浓度为1.5％的银纳米线分散液(纳米银线直径为30nm，长度为30μm)，烘干，形成导电结构。

实施例5

步骤1：将粒径为3μm的银颗粒的分散液旋涂在PET基材上，其中银颗粒的质量百分含量为5％，经过烘干，形成厚度为5μm的银颗粒导电层；

步骤2：在纳米银颗粒导电层上旋涂浓度为1.5％的银纳米线分散液(纳米银线直径为30nm，长度为30μm)，烘干，形成导电结构。

实施例6

步骤1：将石墨烯浆料刮涂在PET基材上，经过130℃烘干，形成厚度为1μm的导电层；

步骤2：在石墨烯导电层上旋涂浓度为1.5％的银纳米线分散液(其中，纳米银线直径为30nm，长度为20μm)，烘干，形成导电结构。

对比例1

采用20#线棒在PET基材表面涂布高分子导电聚合物PEDOT/PSS，放置130℃烘箱中10min，形成2μm厚度的导电高分子聚合物膜层。

对比例2

将粒径为3μm的纳米银颗粒的分散液旋涂在PET基材上，其中纳米银颗粒的质量百分含量为5％，经过烘干，形成纳米银颗粒导电层。

对比例3

将石墨烯浆料刮涂在在PET基材上，经过130℃烘干，形成石墨烯干膜导电层。

分别测定各经过1次刷涂的纳米银线的实施例1～6，以及对比例1～3中的导电结构的相关性能参数，具体结果如表2所示。

表2实施例1～6导电结构、对比例1～3导电层的性能参数

由上可知，本申请实施例中的导电结构通过在垂直方向上依次层叠设置导电介质层、第一金属纳米线层，使导电结构的厚度、透过率较大，而方阻、雾度较小，本实施例导电结构的各方面性能优异。

尽管发明人已经对本申请的技术方案做了较详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例作出修改和/或变通或者采用等同的替代方案是显然的，都不能脱离本申请精神的实质，本申请中出现的术语用于对本申请技术方案的阐述和理解，并不能构成对本申请的限制。

Claims (7)

1.一种导电结构，其特征在于，包括依次层叠设置的基板、导电介质层、第一金属纳米线层，其中，单位厚度的所述导电介质层的透光率大于单位厚度的所述第一金属纳米线层的透光率；所述导电介质层的厚度大于所述第一金属纳米线层的厚度；所述导电介质层内设置有沿所述第一金属纳米线层指向所述导电介质层方向延伸的孔，所述孔内填充有金属纳米线；所述导电介质层包括导电树脂、金属纳米颗粒、导电碳纳米材料中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的导电结构，其特征在于，还包括层叠设置于所述导电介质层远离所述第一金属纳米线层一侧面的第二金属纳米线层。

3. 根据权利要求1所述的导电结构，其特征在于，所述第一金属纳米线层中的金属纳米线的长度为5~50 μm。

4.根据权利要求1所述的导电结构，其特征在于，所述导电结构的透光率大于10%。

5. 根据权利要求1所述的导电结构，其特征在于，所述导电结构的方阻为0.1~10 Ω/□。

6.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-5任一所述的导电结构。

7.一种权利要求1-5任一所述的导电结构的制备方法，其特征在于，包括步骤：

S1、提供一基板；

S2、在所述基板上形成导电介质层；

S3、在所述导电介质层上涂布金属纳米线分散液，以形成第一金属纳米线层。