新型硫化铜网格电极的研制及其在智能加热贴膜中的应用

发布时间：2020-10-13 20:44

　　 柔性透明导电电极是柔性电子设备的重要组成部分,被广泛运用在光伏太阳能电池,有机发光二极管,传感器,触屏屏幕,显示屏幕等领域。最近,柔性透明导电电极作为透明加热器的应用引起了人们广泛的关注。性能优异的透明加热器可以广泛的用于窗户除霜/除雾,显示屏,气体传感和医疗设备等诸多领域。对于透明加热器的应用来说,柔性透明导电电极除了具有高的导电以及透光性能外,优异的机械柔性以及化学稳定性是极为重要的。在众多的无氧化铟锡(ITO-free)的导电电极中,金属网格电极由于具有极高的导电透光性能而受到广泛地关注。然而,常用的电导率较高的非贵金属材料(银和铜)存在化学稳定性差,特别是在户外使用易腐蚀的缺点,严重限制了其应用,然而,新型硫化铜网格电极则具有良好的化学稳定性和机械稳定性,且制备成本低廉本。本工作从以下三个方面来大面积研制具有高柔性,导电性,透光性以及多功能性的智能加热薄膜:(1)利用二氧化钛胶体溶液挥发及自开裂产生的裂纹图案为模板,大面积研制导电透光性能可控的硫化铜网格状导电电极,制成的柔性电极具有优异的性能(在方阻21.5 Ωsq-1条件下,透光率达到80%),在不同的pH条件下具有非常好的稳定性。(2)首次将硫化铜柔性导电膜应用于加热应用中,其硫化铜加热膜的热阻高达197℃W-1 cm2,响应时间低至30 s以内,在较低的输入电压下就可以实现约110℃的均匀温度的大面积发热,具有良好的热稳定性。(3)将柔性温度传感器高度集成在加热膜的一侧,用于温度的检测,通过手机中的无线蓝牙设备实时读取以及控制温度。基于无线控制系统,我们展示了硫化铜加热器在太阳能电池板除雪中的应用。本工作所开发的高度集成的智能化柔性加热以及控温贴膜有望应用于人体可穿戴的电子设备中,实现人体健康的实时检测。
【学位单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.2
【部分图文】：

（ａ）?Ｍｅｔａｌ?Ｏｘ＝ｄｅｓ?（ｔ＞）?ＣＫＴ?ｎｅｔｗｏｒｋ?（ｃ）?Ｇｒａｐｈｅｎｅ?＜ｄ｝?Ｍｅｔａｌ?ＮＷ?ｎｅｔｗｏｒｋ?（ｐ）?Ｈｙｂｒｉｄ?（ｆ｝?Ｍｅｔａ！?ｍｅ＆ｈ??“?＿藝??图１－１按时间顺序排列的透明加热器。该年表示使用指定材料的加热器的出现。??（ａ）氟掺杂的氧化锡。Ｗ?（ｂ）碳纳米管网络。（ｃ）石墨烯。＾?（ｄ）金属??纳米线网络。【３９１?（ｅ）混合。＿?（ｆ）金属网状网络。％??Ｆｉｇ．?１?Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ?ｈｅａｔｅｒｓ?ｉｎ?ｃｈｒｏｎｏｌｏｇｉｃａｌ?ｏｒｄｅｒ．?Ｔｈｅ?ｙｅａｒ??ｉｎｄｉｃａｔｅｓ?ｔｈｅ?ｅｍｅｒｇｅｎｃｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｈｅａｔｅｒ?ｕｓｉｎｇ?ｔｈｅ?ｓｐｅｃｉｆｉｅｄ?ｍａｔｅｒｉａｌ．?（ａ）Ｆｌｕｏｒｉｎｅ??ｄｏｐｅｄ?ｔｉｎ?ｏｘｉｄｅ，?（ｂ）?Ｃａｒｂｏｎ?ｎａｎｏｔｕｂｅ?ｎｅｔｗｏｒｋ，?（ｃ）?Ｇｒａｐｈｅｎｅ，?（ｄ）?Ｍｅｔａｌ??ｎａｎｏｗｉｒｅｓ?ｎｅｔｗｏｒｋ，?（ｅ）?Ｈｙｂｒｉｄ，?（ｆ）?Ｍｅｔａｌ?ｍｅｓｈ?ｎｅｔｗ?ｏｒｋ．??１．４透明导体发热的原理??评估一个透明导电膜（ＴＣＦ）的优劣可以使用品质因素（ＦＯＭ）的概念，即??将透光度与方阻（ＲＳ）的比值Ｏｏｐ／Ｏｄｅ。［４２］通过材料设计和结构设计可以优化这??些电极的电学和光学特性。通常，为了调整给定透明导电膜（ＴＣＦ）的透射率和??电阻，可以改变材料的一些参数，例如膜厚度，网络密度，材料占据的面积，导??电物质的百分比，网络的分形维数等。这些参数当中，对于加热器来说最重要的??参数是方阻：数值越低

Ｔｉｍｅ?（ｓ）?Ｔｉｍｅ?（ｓ）??图１－２各种金属氧化物薄膜的温度对时间图。（ａ）?ＩＴＯ。Ｗ?（ｂ）?Ｇａ掺杂的氧??化锌（ＧＺＯ）。丨４９１?（ｃ）氟掺杂的氧化锡（ＦＴＯ）和Ｃｒ，Ｎｉ，?Ｎｉ－Ｃｒ纳米点覆盖??ＦＴＯ薄膜。Ｉｓ１】（ｄ）?ＦＴＯ和铝掺杂氧化锌（ＡＺＯ）单层双层结构。Ｉ５２！??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｖｅｒｓｕｓ?ｔｉｍｅ?ｐｌｏｔ?ｆｏｒ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｍｅｔａｌ?ｏｘｉｄｅ?ｔｈｉｎ?ｆｉｌｍｓ，?（ａ）?ＩＴＯ．??（ｂ）?Ｇａ?ｄｏｐｅｄ?ｚｉｎｃ?ｏｘｉｄｅ?（ＧＺＯ）．?（ｃ）?Ｆｌｕｏｒｉｎｅ?ｄｏｐｅｄ?ｔｉｎ?ｏｘｉｄｅ?（ＦＴＯ）?ａｎｄ?Ｃｒ，?Ｎｉ，??Ｎｉ－Ｃｒ?ｎａｎｏｄｏｔｓ?ｃｏｖｅｒｅｄ?ＦＴＯ?ｔｈｉｎ?ｆｉｌｍｓ，?（ｄ）?ＦＴＯ?ａｎｄａｌｕｍｉｎｕｍ?ｄｏｐｅｄ?ｚｉｎｃ?ｏｘｉｄｅ??（ＡＺＯ）?ｓｉｎｇｌｅ?ｌａｙｅｒ，?ｄｏｕｂｌｅ?ｌａｙｅｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．??与ＩＴＯ相比，ＦＴＯ具有高的热稳定性，可以使用在需要高温加热或高温退??火的情况中。ＦＴＯ是一种带隙宽为３．６ｅＶ

?？??■睡??图１－４?ＡｇＮＷ网络（ａ）?ＡｇＮＷ在水中与粘土血小板分散。ＡｇＮＷ／粘土的??比例为２／１?（重量比）为棒涂在ＰＥＴ基材上产生ＡｇＮＷ网络。（ｂ）未加工的ＡｇＮＷ??网络加热器的红外图像显示由于网络内自聚集纳米线引起的热点和（ｃ）配制的??（ＡｇＮＷ和粘土薄片）网络的均匀热分布。Ｉ６３】??Ｆｉｇ．ｌ－?４?ＡｇＮＷ?ｎｅｔｗｏｒｋ?（ａ）?ＡｇＮＷｓ?ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ?ｉｎ?ｗａｔｅｒ?ａｌｏｎｇ?ｗｉｔｈ?ｃｌａｙ??ｐｌａｔｅｌｅｔｓ．?ＡｇＮＷ／ｃｌａｙ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｒａｔｉｏ：?２／１?ｂｙ?ｗｅｉｇｈｔ?ｉｓ?ｒｏｄ?ｃｏａｔｅｄ?ｏｎ?ＰＥＴ?ｓｕｂｓｔｒａｔｅ??ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ?ｉｎ?ＡｇＮＷ?ｎｅｔｗｏｒｋ．?Ｉｎｆｒａｒｅｄ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?（ｂ）?ｕｎｐｒｏｃｅｓｓｅｄ?ＡｇＮＷ?ｎｅｔｗｏｒｋ??ｂａｓｅｄ?ｈｅａｔｅｒ?ｓｈｏｗｉｎｇ?ａ?ｈｏｔ?ｓｐｏｔ?ｄｕｅ?ｔｏ?ｔｈｅ?ｓｅｌｆ－ａｇｇｒｅｇａｔｅｄ?ｎａｎｏｗｉｒｅｓ?ｗｉｔｈｉｎ?ｔｈｅ??ｎｅｔｗｏｒｋｓ?ａｎｄ?（ｃ）?ａ?ｕｎｉｆｏｒｍ?ｈｅａｔ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｆｏｒ?ｆｏｒｍｕｌａｔｅｄ?（ＡｇＮＷ?ａｎｄ?ｃｌａｙ??ｐｌａｔｅｌｅｔｓ）?ｎｅｔｗｏｒｋ．??在早期的研宄中，Ｃｅｌｌｅ等用Ａｇ纳米线（Ｒｓ，?３３Ｑ／ｓｑ，透射率？９０％）制造??了透明加热器。与碳纳米管网络和石墨烯加热器相比，Ａｇ纳米线加热器实现了??更高的加热速率（２°Ｃ／ｓ）。由于加热器温度取决于基底，因此与玻璃相比，聚萘??二甲酸乙二醇酯（ＰＥＮ）基底上ＡｇＮＷ网络的温度更高
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本文编号：2839684