一种柔性透明电极的制作方法与流程

本发明属于电子材料技术领域，具体涉及一种柔性透明电极的制作方法。

背景技术

随着社会的进步以及人们对于电子产品需求的提高，轻便、超薄、柔性以及可穿戴电子产品受到了越来越多的关注。作为光电器件的基本组成部分，透明电极性能的提高尤为重要。氧化铟锡（ito）因其高导电率，高透光率而成为制备透明电极的传统材料，但ito在柔性透明电极的应用中表现出诸如质脆、价格高、生产工艺复杂等缺点。为了解决这些问题，研究者们相继报道了一些ito的替代材料，主要包括：金属纳米线、导电高分子、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管和金属栅等。银纳米线因其低电阻、高透光率和良好的柔性而成为其中的明星材料，但银纳米线存在热稳定性不好，成膜性不好，化学稳定性差等缺点。为了改善银纳米线的这些缺点，研究者们提出了银纳米线复合电极。

中国专利cn203085198u公布了一种柔性透明电极，该透明电极包括透明聚合物衬底和附着在透明衬底上的银纳米线薄膜和石墨烯薄膜的叠层，具有较高的透光率、较小的电阻和很好的柔韧性。由于石墨烯在水溶液中和有机溶剂中溶解性均较差，只能采用化学气相沉积或化学氧化法制备后转移到衬底上，工艺繁琐，操作复杂。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种柔性透明电极的制作方法，该柔性透明电极的制作方法采用全溶液制作方法，制作过程简单，制得的电极具有良好的导电性、良好的透光率和优良的机械稳定性和环境稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种柔性透明电极的制作方法，该柔性透明电极的制作方法包括以下步骤：在清洗处理后的衬底表面依次旋涂至少一层氧化石墨烯薄膜和至少一层银纳米线薄膜，并进行热处理。

作为优选地，在清洗处理后的衬底表面依次旋涂一层氧化石墨烯薄膜和一层银纳米线薄膜形成两层复合薄膜。

作为优选地，在清洗处理后的衬底表面依次旋涂一层氧化石墨烯薄膜、一层银纳米线薄膜和一层氧化石墨烯薄膜形成三层复合薄膜。

作为优选地，所述衬底为钠钙玻璃衬底或pet衬底。

作为优选地，所述清洗处理包括超声清洗、烘干以及紫外臭氧处理，其中，超声清洗依次采用清洗剂、丙酮、异丙醇和去离子水清洗，清洗时间各10min，烘干的温度为50~100℃，紫外臭氧处理的时间为10min。

作为优选地，所述旋涂速度为1000~4000rpm。

作为优选地，所述旋涂氧化石墨烯薄膜使用的氧化石墨烯溶液的浓度为0.5~2mg/ml。

作为优选地，所述氧化石墨烯溶液的配置在280w超声功率下超声处理10h，温度25℃，每超声0.5h搅拌一次。

作为优选地，所述旋涂银纳米线薄膜使用的银纳米线溶液的浓度为0.5～10mg/ml。

作为优选地，所述热处理的温度控制为60～180℃，时间为5～20min。

本发明的柔性透明电极的制作方法通过全溶液法在衬底表面旋涂至少一层氧化石墨烯薄膜和至少一层银纳米线薄膜，制作过程简单，成本低廉，制得的柔性透明电极具有良好的导电性、良好的透光率和优良的机械稳定性和环境稳定性。

附图说明

图1为本发明的柔性透明电极的制作方法制得的柔性透明电极的结构示意图；

图2为本发明的柔性透明电极的制作方法制得的柔性透明电极的另一结构示意图；

图3为本发明的图2的柔性透明电极与氧化铟锡电极的电阻变化与弯曲次数关系对比图；

图4为本发明的图2的柔性透明电极的电阻变化与在大气环境中放置天数的关系图；

图5为本发明的图1的柔性透明电极的扫描电镜图（sem）。

其中，1-衬底，2-氧化石墨烯薄膜，3-银纳米线薄膜。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

在以下实施例中，整个测试过程都是电极制作完成后直接在室温大气环境中进行。

实施例1

用去离子水作为溶剂配置浓度为2.0mg/ml的氧化石墨烯溶液，超声处理10h，超声功率为280w，温度25℃，每超声0.5h搅拌一次。将钠钙玻璃衬底切割成2.0×2.0cm尺寸，切割好的钠钙玻璃用清洗剂清洗后，再依次用丙酮、异丙醇和去离子水进行10min的超声清洗，清洗后的玻璃片在100℃的温度下烘干，然后紫外臭氧处理10min。衬底1处理完成后进行旋涂实验，先在钠钙玻璃衬底上旋涂氧化石墨烯溶液，形成一层氧化石墨烯薄膜2，旋涂速度为4000rpm。然后在氧化石墨烯薄膜上旋涂浓度为10.0mg/ml的银纳米线溶液，形成一层银纳米线薄膜3，旋涂速度为1000rpm。然后对旋涂完成的两层复合薄膜进行干燥，干燥温度为180℃，时间为20min。

图1示出了所制得的银纳米线/氧化石墨烯/衬底电极的结构示意图。所得以钠钙玻璃为衬底的银纳米线/氧化石墨烯复合薄膜柔性透明电极的方块电阻为10.0ω/sq，透光率为88.6%（550nm）。图5示出了银纳米线/氧化石墨烯/衬底电极的扫描电镜图（sem），其中（a）、(b)、(c)的分辨率分别为5μm、2μm和1μm。

实施例2

用去离子水作为溶剂配置浓度为0.5mg/ml的氧化石墨烯溶液，超声处理10h，超声功率为280w，温度25℃，每超声0.5h搅拌一次。将钠钙玻璃衬底切割成2.0×2.0cm尺寸，切割好的钠钙玻璃用清洗剂清洗后，再依次用丙酮、异丙醇和去离子水进行10min的超声清洗，清洗后的玻璃片在50℃的温度下烘干，然后紫外臭氧处理30min。衬底处理完成后进行旋涂实验，先在钠钙玻璃衬底上旋涂氧化石墨烯溶液，形成一层氧化石墨烯薄膜，旋涂速度为1000rpm。然后在氧化石墨烯薄膜上旋涂浓度为2.0mg/ml的银纳米线溶液，形成一层银纳米线薄膜，旋涂速度为4000rpm。然后对旋涂完成的两层复合薄膜进行干燥，干燥温度为60℃，时间为5min。最后在干燥后的银纳米线/氧化石墨烯薄膜上再旋涂氧化石墨烯溶液，形成一层氧化石墨烯薄膜，旋涂速度为1000rpm。然后对旋涂完成的三层复合薄膜进行干燥，干燥温度为60℃，时间为5min。

图2示出了所制得的氧化石墨烯/银纳米线/氧化石墨烯/衬底电极的结构示意图。所得以钠钙玻璃为衬底的银纳米线/氧化石墨烯复合薄膜柔性透明电极的方块电阻为11.9ω/sq，透光率为85.0%（550nm）。

实施例3

用去离子水作为溶剂配置浓度为1.0mg/ml的氧化石墨烯溶液，超声处理10h，超声功率为280w，温度25℃，每超声0.5h搅拌一次。将pet衬底切割成2.0×2.0cm尺寸，切割好的pet依次用丙酮、异丙醇和去离子水进行10min的超声清洗，清洗后的pet在80℃的温度下烘干，然后紫外臭氧处理20min。衬底处理完成后进行旋涂实验，先在pet衬底上旋涂氧化石墨烯溶液，形成一层氧化石墨烯薄膜，旋涂速度为3000rpm。然后在氧化石墨烯薄膜上旋涂浓度为8.0mg/ml的银纳米线溶液，形成一层银纳米线薄膜，旋涂速度为1000rpm。然后对旋涂完成的两层复合薄膜进行干燥，干燥温度为100℃，时间为10min。

所得以pet为衬底的银纳米线/氧化石墨烯复合薄膜柔性透明电极的方块电阻为15.8ω/sq，透光率为90.3%（550nm）。对所制得的银纳米线/氧化石墨烯/pet电极进行20次弯曲试验（薄膜侧朝上，以0.5cm为半径弯曲）后，方块电阻几乎不变（电阻变化率为0.089），表明此柔性透明电极具有优异的机械稳定性。

实施例4

用去离子水作为溶剂配置浓度为1.0mg/ml的氧化石墨烯溶液，超声处理10h，超声功率为280w，温度25℃，每超声0.5h搅拌一次。将pet衬底切割成2.0×2.0cm尺寸，切割好的pet依次用丙酮、异丙醇和去离子水进行10min的超声清洗，清洗后的pet在80℃的温度下烘干，然后紫外臭氧处理20min。衬底处理完成后进行旋涂实验，先在pet衬底上旋涂氧化石墨烯溶液，形成一层氧化石墨烯薄膜，旋涂速度为3000rpm。然后在氧化石墨烯薄膜上旋涂浓度为8.0mg/ml的银纳米线溶液，形成一层银纳米线薄膜，旋涂速度为1000rpm。然后对旋涂完成的两层复合薄膜进行干燥，干燥温度为100℃，时间为10min。最后在干燥后的银纳米线/氧化石墨烯薄膜上再旋涂氧化石墨烯溶液，形成一层氧化石墨烯薄膜，旋涂速度为1000rpm。然后对旋涂完成的三层复合薄膜进行干燥，干燥温度为100℃，时间为10min。

所得以pet为衬底的银纳米线/氧化石墨烯复合薄膜柔性透明电极的方块电阻为18.47ω/sq，透光率为87.5%（550nm）。对所制得的氧化石墨烯/银纳米线/氧化石墨烯/pet电极进行200次弯曲试验（薄膜侧朝上，以0.5cm为半径弯曲）后，方块电阻几乎不变（电阻变化率为1.17），表明此柔性透明电极具有优异的机械稳定性。图3示出了氧化石墨烯/银纳米线/氧化石墨烯/pet电极与氧化铟锡/pet电极的电阻变化与弯曲次数关系的对比图，从图中可以看出氧化石墨烯/银纳米线/氧化石墨烯/pet电极的电阻几乎不变，而氧化铟锡/pet电极的电阻变化极大，说明此柔性透明电极具有优异的机械稳定性。图4示出了氧化石墨烯/银纳米线/氧化石墨烯/pet电极的电阻变化与电极置于大气环境中天数的关系图，该电极置于大气环境中25天后电阻变化仅为0.369，表明氧化石墨烯/银纳米线/氧化石墨烯/pet电极具有优良的环境稳定性。

本发明的柔性透明电极的制作方法通过全溶液法在衬底表面旋涂至少一层氧化石墨烯薄膜和至少一层银纳米线薄膜，制作过程简单，成本低廉，制得的柔性透明电极具有良好的导电性、良好的透光率和优良的机械稳定性和环境稳定性。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。