铜纳米线透明导电薄膜的制备及性能研究

发布时间：2017-08-31 15:14

  本文关键词：铜纳米线透明导电薄膜的制备及性能研究

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【摘要】：氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜因其优异的光电性能广泛应用于电子器件领域,但其价格昂贵、资源稀少、柔性性能差等缺点促使科研人员寻找到ITO的替代材料。而一维铜纳米线(Cu NWs)因其独特的光电性能及耐弯折性成为当下国内外研究的热点,有望代替ITO应用于透明导电薄膜市场。本文对Cu NWs的可控合成、透明导电薄膜的制备及其薄膜稳定性进行了研究。主要内容及结论如下:(1)采用水热还原法以二水合氯化铜为铜源,葡萄糖为还原剂,油胺和油酸为保护剂,聚乙烯砒咯烷酮(PVP)为分散剂在相对较低的温度(115℃)下合成Cu NWs。系统研究了氯化铜、油胺、PVP的加入量以及反应时间对产物形貌的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等表征对反应产物进行晶体结构、形貌、元素分析,并对其生长机理进行了探究。结果表明,在标准试验条件下,得到长70μm,直径65nm沿[110]生长的面心立方Cu NWs。(2)采用抽滤法将Cu NWs的异丙醇分散液抽滤到混合纤维膜上,随后将带Cu NWs的膜面贴在玻璃衬底或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底上,在2kg压力作用下将Cu NWs转移至衬底上。通过改变Cu NWs体积的到不同密度的薄膜。随后进行薄膜烧结或者浸泡处理。研究表明,经冰醋酸浸泡处理30s后Cu NWs/PET薄膜(60Ω/sq,T=90%)与还原气氛下高温(340℃,95%N2+5%H2)烧结处理Cu NWs/glass薄膜(55Ω/sq,T=90%)性能相当。这种方法克服了柔性衬底不耐高温的缺点,同时Cu NWs/PET薄膜柔性性能优异,在1000次弯曲测试后方阻几乎没发生变化。(3)采用射频磁控溅射法在Cu NWs/PET薄膜上沉积铝掺杂氧化锌(AZO)保护层,形成Cu NWs/AZO/PET复合薄膜结构提高薄膜稳定性。研究了溅射时间(不同膜厚)对复合薄膜光电性能影响。结果表明,随着AZO溅射时间的增加,复合薄膜的透过率降低,方阻增大。当溅射时间在30min时,AZO/Cu NWs/PET性能较好(62Ω/sq,84%),且能在恒温恒湿(30℃,80%相对湿度)环境中存放50天,薄膜方阻仅增大2.4%。与之对比的Cu NWs/PET薄膜方阻在相同条件下放置数天后显著增加。
【关键词】：铜纳米线 透明导电薄膜 光电性能 纳米材料 柔性
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 文献综述10-24
• 1.1 透明导电薄膜研究背景10-11
• 1.2 不同透明导电薄膜材料11-13
• 1.2.1 氧化铟锡膜11
• 1.2.2 氧化锌基膜11
• 1.2.3 碳纳米管膜11-12
• 1.2.4 石墨烯膜12
• 1.2.5 导电聚合物膜12
• 1.2.6 银纳米线膜12-13
• 1.3 铜纳米线综述13-20
• 1.3.1 铜纳米线的合成13-16
• 1.3.1.1 模板合成法14
• 1.3.1.2 水热还原法14-16
• 1.2.1.3 气相沉积法16
• 1.3.2 铜纳米线透明导电薄膜制备16-18
• 1.3.2.1 迈耶棒辊涂法16-17
• 1.2.2.2 旋涂法17-18
• 1.2.2.3 真空抽虑法18
• 1.3.3 铜纳米线导电薄膜稳定性研究18-20
• 1.4 铜纳米线透明导电薄膜的运用20-22
• 1.4.1 柔性透明电极20
• 1.4.2 太阳能薄膜电池20-21
• 1.4.3 有机发光二极管21
• 1.4.4 催化剂21-22
• 1.4.5 其他运用22
• 1.5 本论文主要研究目的、意义及内容22-24
• 1.5.1 选题目的和意义22
• 1.5.2 论文研究内容22-24
• 2 铜纳米线的合成及表征24-42
• 2.1 引言24
• 2.2 实验部分24-26
• 2.2.1 试剂及仪器24-26
• 2.2.2 铜纳米线的合成26
• 2.3 铜纳米线表征26-29
• 2.3.1 X-射线衍射仪26-27
• 2.3.2 扫描电子显微镜27-28
• 2.3.3 X射线光电子能谱28
• 2.3.4 紫外-可见分光光度计28-29
• 2.3.5 透射电子显微镜29
• 2.4 实验结果及讨论29-40
• 2.4.1 标准条件下产物分析29-32
• 2.4.2 CuCl_2加入量对产物形貌影响32-33
• 2.4.3 反应时间的影响33-34
• 2.4.4 保护剂对形貌的影响34-35
• 2.4.5 分散剂产物影响35-36
• 2.4.6 生长机理探讨36-39
• 2.4.7 不同铜盐产物39-40
• 2.5 小结40-42
• 3 透明导电薄膜的制备及性能研究42-54
• 3.1 引言42
• 3.2 实验部分42-44
• 3.2.1 化学试剂及主要设备42-43
• 3.2.2 衬底的清洗43
• 3.2.3 抽滤法制备薄膜43-44
• 3.2.4 薄膜后处理44
• 3.3 实验结果44-52
• 3.3.1 退火处理对薄膜性能影响44-46
• 3.3.2 冰醋酸对薄膜光电性能影响46-48
• 3.3.3 不同密度对薄膜光电性能影响48-49
• 3.3.4 柔性性能测试49-52
• 3.4 小结52-54
• 4 薄膜稳定性研究54-62
• 4.1 引言54
• 4.2 实验部分54-55
• 4.3 实验结果55-60
• 4.3.1 AZO-XRD分析55-57
• 4.3.2 AZO/Cu NWs/PET稳定性研究57-60
• 4.4 小结60-62
• 5 结论与展望62-64
• 5.1 结论62-63
• 5.2 展望63-64
• 致谢64-66
• 参考文献66-72
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果72

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