纳米二氧化硅层对银纳米线透明导电膜性能的影响研究

发布时间：2020-05-13 15:03

【摘要】：透明导电膜(TCF)是有机发光二极管、触摸屏和有机太阳能电池等光电器件的重要部件,因而得到了广泛的关注。虽然氧化铟锡(ITO)是最常见的商用透明导电材料,但其存在脆性大和制造过程需要高温、铟稀缺等问题,而银纳米线(Ag NWs)在方块电阻50Ω/sq时光学透过率90%,具有柔性且制备工艺无需高温的优势,有望成为ITO的替代材料。银纳米线透明导电膜(Ag NWs-TCFs)可以通过银纳米线溶于有机溶剂中涂覆制备,但是如何提高该导电膜的透光率、降低Ag NWs之间的接触电阻、增强导电膜的图案化性能,仍是目前研究工作中的热点。为解决这些问题,本课题设计了在导电膜上构筑一层二氧化硅(Si O2)层,并详细研究了其对Ag NWs-TCFs的透过率、方块电阻及激光刻蚀的影响。针对透光性和导电性难以同时提高的问题,提出了在Ag NWs-TCFs表面构筑一层纳米二氧化硅层,达到提高该导电膜的透光率并降低电阻的效果。通过St?ber法制备出纳米二氧化硅胶体,详细讨论了制备过程中硅源正硅酸乙酯(TEOS)、氨水、水和乙醇的用量配比对产物粒径大小和粒度分布的影响,研究了Si O2随着粒径增大发生团聚的过程。发现随着氨水用量的增加,产物的粒径先降低后增加,且随着粒径增加纳米颗粒表面会形成很小的球形凸起引起团聚;随着TEOS用量的增加Si O2的粒径增加,但粒度分布范围变宽,并引起粘连状结构加剧团聚现象的发生。通过调控各反应物的用量,实现对粒径范围为20-200 nm的Si O2的调控制备,成功制备出粒径为20 nm、50 nm、100 nm和200nm的Si O2颗粒。利用制备的纳米二氧化硅胶体用提拉法在银纳米线透明导电膜上构筑匹配层,详细分析了Si O2的粒径大小、浓度变化对Ag NWs-TCFs性能和形貌的影响,Si O2能形成一层厚度均匀且致密的匹配层,当其厚度为112 nm时对波长为550 nm的绿光具有显著的增透作用,同时其与Ag NWs表面的基团相互作用能降低银线之间的接触电阻,进而达到协同提高透过率降低方阻的效果。当Si O2粒径为20 nm,浓度为20%时二氧化硅层具有最佳的性能,在方块电阻为25Ω/sq时,含基材的透过率高达91.2%(其中基材为90.2%),比单独的银纳米线透过率提高了4.1%。针对AgNWs-TCFs图案化过程聚对苯二甲酸乙二酯(PET)基材容易产生的高温烧蚀问题,研究了纳米二氧化硅层对激光的响应和对基材的保护作用。单独的Ag NWs-TCFs在激光刻蚀时不同的刻蚀间距会显著影响图案化后的透过率,刻蚀间距为0.05 mm时透过率下降了7.4%。而二氧化硅层则能有效保护刻蚀过程中基材的完整性,刻蚀间距为0.05 mm时透过率仅下降1.4%,匹配层对基材的保护作用十分明显。针对PET基材的透明导电膜,详细分析了不同雕刻参数下,二氧化硅层对激光刻蚀后的性能影响,当镭雕参数为速度为100 mm/s、频率为30 k Hz、功率为12 W时具有比较理想的刻蚀效果;刻蚀出菱形线路后,成功制备出具有触控功能的电容触控器件,该触控器件的在550 nm的透过率为90.5%(含基材),并通过触摸坐标测试软件演示了其触控功能。
【图文】：

柔性,智能窗,方阻,太阳能电池

[9]。图1-1给出了不同应用领域对TCFs方阻的要求[10]。图 1-1 具有不同方阻的 TCFs 在显示器、智能窗口、柔性 LCD、柔性 OLED、柔性太阳能电池等领域中的应用[10]在智能设备中用户最常接触的是触摸屏、液晶显示器等电子器件，这些器件中都需要一种被称为透明导电膜的材料，它是一种同时具有较好光学透明性和导电性的光电材料。氧化铟锡（In2O3:Sn，ITO）在透明导电膜材料中具有绝对的霸主地位[11, 12]，ITO 自 1950 年问世之后已经成功的在光电器件领域应用了 60 多年，目前仍是最广泛使用的商业化透明导电材料。这主要得益于 ITO薄膜较低电阻（<10 Ω/sq）、较高透过率（>90％）、生产工艺成熟的特点。然而，经过 60 多年的发展 ITO 的劣势慢慢暴露出来，存在的缺点是

纳米二氧化硅,结构示意图

线表面的基团会发现相互作用，，降低银纳米线之层的构筑能有效降低透明导电膜表面粗糙度和方性和导电性的目的。同时二氧化硅层还能改善柔性。二氧化硅增透膜和纳米银线导电薄膜的研究一直线薄膜上构筑纳米二氧化硅层分析其对银纳米线刻蚀过程对基材的保护作用尚没有太多研究，因此。氧化硅的概述二氧化硅呈白色粉末具有稳定的物理、化学性质，、醇等溶剂，在加热条件下能够溶于碱性较强的溶二氧化硅的微观分子结构呈三维链状结构，除了含基和氢键，这些基团为纳米二氧化硅颗粒的改性、能，其结构如图 1-2 所示：
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1

【参考文献】