柔性CuS透明导电薄膜的制备及性能研究

发布时间：2020-06-01 01:50

【摘要】：作为一种金属硫化物材料,CuS以其良好的光学、电学及催化等性能在光电转换、电子显示、催化和储能等多个领域获得了广泛关注。尤其当被用作薄膜材料时,CuS在电子显示领域展现出广阔的应用前景。研究开发性能优良的CuS薄膜材料,具有重要的理论和现实意义。本研究以PET为基材,采用简便的化学浴沉积法,分别在酸性和碱性环境中,制备得到了柔性CuS透明导电膜。实验采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪,对样品形貌、物质组成及晶体结构进行测试;通过紫外-可见分光光度计和四探针电阻测试仪,对薄膜的透光性和导电性进行研究;通过薄膜导电性弯曲测试装置,对薄膜在不同曲率半径下的电阻变化、导电薄膜的抗挠曲性进行了分析。同时,本实验还以制备的A4大尺寸CuS薄膜为样本,以不同部位的透光性和导电性数据为评价指标,对所得到的大尺寸PET表面沉积CuS膜层的均匀性进行了考察。研究结果显示,无论是酸性还是碱性环境,PET表面的固态沉积物均为六方晶相纳米CuS颗粒,其在形态上呈现为致密堆积状,两者所不同之处仅在于:前者由片状颗粒组成,后者由球状颗粒组成。其中,在酸性条件下,通过对铜源和硫源种类、前驱体中铜硫摩尔比、络合剂种类、反应温度和反应时间等主要实验条件的优化,可制备得到最小方块电阻仅为20.12Ω/□的CuS薄膜,其相应的透光率为49.9%;调节实验参数,可兼顾薄膜的导电性和透光性,此时制得的薄膜的方块电阻值为122.40Ω/□,透光率为82.3%,CuS膜层与PET基材间的附着力为3B级,膜层经受250次大尺度弯曲后,仍能保持理想的导电能力。而在碱性条件下,通过对反应温度、反应时间、反应物浓度、络合剂浓度、干燥温度和干燥时间等实验条件的优化,制备得到了最小方块电阻为81.37Ω/□、透光率为59.6%的CuS薄膜;调节实验参数,可获得兼具良好导电性和透光性的CuS薄膜,其方块电阻为174.20Ω/□,透光率为80.2%。CuS膜层与PET基材间的附着力可达最高的5B级,薄膜的导电性能在经过1000次的大尺度弯曲操作后,仍能保持基本稳定。将碱性环境下的反应体系进行优化放大,可得到具有良好导电及透光均匀性的A4大尺寸CuS薄膜。
【图文】：

流程图,实验步骤,碱性环境,酸性

Tab. 2-2 Instruments and equipmen型号 CRESBOX 日UV-2550 日DELTA320 梅特勒D/MAX-2500 德Nanosem 430S-4800日—— 法，分别在酸性、碱性环境示：

示意图,装置图,过程,示意图

天津大学硕士学位论文并计算网格内物质的剥落率，得出薄膜附着力等级[68,69]。2.4.6 抗挠曲性测试为了研究弯曲操作对 CuS 薄膜性能的影响，采用如图 2-2（a）所示的薄膜弯曲测试装置对样品的导电性进行测试。装置由距离调节单元、带有电极的薄膜夹具和电阻测试单元 3 个部分组成。在测试开始前，将样品固定在薄膜夹具两侧的电极上，，测量时调节两个相对电极之间的距离，薄膜样品的曲率半径随之改变通过显示器上的数据就可以获得不同曲率半径下导电膜电阻值。图 2-2（b）为薄膜弯曲过程的示意图。测试从薄膜未弯曲时开始，通过移动电极位置逐步减小薄膜的曲率半径，可以获得薄膜在弯曲过程中膜层电阻的变化值。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.2;O614.121

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