制备可弯曲透明导电电极的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子器件制备与应用领域，涉及利用有机离子凝胶在柔性基底上制备的可弯曲透明导电电极及其制备的方法。
【背景技术】
[0002]透明电极在当代众多电子与光电子元器件中发挥着重要的作用，是不可缺少的光电功能材料。但是，该领域无论是在产业应用还是基础研宄方面，都到了升级换代的关键时亥IJ。一方面，作为当前市场的主导透明电极材料，氧化铟锡(ITO)已经遭遇了铟资源枯竭、真空磁控溅射耗能昂贵的严峻挑战。另一方面，当前的元器件正由传统的硬质芯片向柔性、弹性、可穿戴器件过渡，这方面市场正在爆发式增长，毫无疑问就对其中的透明电极提出了新的要求。目前替代ITO透明导电玻璃的方式主要是利用银纳米线作为透明导电层，得到了研宄机构和工业界的广泛关注(Hu et al, AcsNano, 4:2955-2963 (2010) ；Tokuno, NanoRes, 4:1215-1222 (2011) ；Kim et al, AcsNano, 7:1081-1091 (2013).)。但是现存的一些合成银纳米线的方法不得不使用微乳泵缓慢滴加前驱液来减少副产物和获得超长的银纳米线，该工艺较复杂而且不能获得高的产量，因此不适于工业化生产。更为重要的若银纳米线薄膜直接裸露与基底表面，很容易被硬物划伤。另外，银纳米线长时间直接暴露在空气中，容易被硫化从而降低导电性。因此需要探索一种新型透明电极既可以保证高的透光性、导电性和可弯曲性能，又能实现较好的耐磨性和环境稳定性。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种利用有机离子凝胶在柔性基底上制备可弯曲透明导电电极的方法。该方法能够调节离子凝胶导电层的电阻。
[0004]本发明中还提供了一种可弯曲透明导电电极，其包括透明的离子凝胶、柔性可弯曲透明聚合物薄膜；其特征在于:透明的所述离子凝胶为通过化学聚合或物理共混制备的离子凝胶，且其中均匀地混合有导电纳米材料；所述柔性可弯曲透明聚合物薄膜作为所述可弯曲透明导电电极的支撑层。
[0005]本发明的在利用有机离子凝胶在柔性基底上制备可弯曲透明导电电极的方法通过以下技术方案实现。
[0006]一种可弯曲透明导电电极的方法，包括以下步骤:
(1)将离子液体和聚合物形成透明的溶胶以制备透明的离子凝胶；
(2)在步骤(I)形成的透明的溶胶中加入导电纳米材料继续搅拌至均匀状态，以调节所述透明导电电极的电阻；
(3)将步骤(2)形成的所述溶胶均匀涂覆在柔性可弯曲透明聚合物薄膜上；在溶胶中的溶剂挥发完全后，形成导电层为透明的离子凝胶、支撑层为柔性可弯曲透明聚合物薄膜的所述透明导电电极。
[0007]本发明中的上述步骤(I)中，通过化学聚合或物理共混形成透明的溶胶以制备透明的离子凝胶，其中:
1.1化学聚合为:离子液体和聚合物单体以一定比例溶解于溶剂中，均匀搅拌后加入单体聚合的引发剂，继续搅拌至均匀状态。然后在加热状态下反应形成透明的溶胶。此类溶胶用于下一步制备离子凝胶透明电极。1.2物理共混为:聚合物溶于溶剂，均匀搅拌后加入离子液体，继续搅拌形成透明的溶胶。此类溶胶用于下一步制备离子凝胶透明电极。本发明中的所述的离子液体为咪唑类、吡啶类、吡咯烷类和哌啶类离子液体中的一种或几种。咪唑类如1- 丁基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐；吡啶类如N- 丁基-吡啶溴盐姚咯烷类如N- 丁基-N-甲基吡咯烷溴盐；哌啶类如N- 丁基-N-甲基哌啶溴盐。
[0008]本发明中的所述的聚合物单体为丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、氯乙烯中的一种或几种。
[0009]本发明中的所述的溶剂是水、氯仿、正己烷、甲苯、丙酮中的一种或几种。
[0010]本发明中的所述的离子液体/溶剂的重量比例是1/1000-1000/1000。
[0011]本发明中的所述的单体引发剂是过氧化苯甲酰、过氧化二叔丁基、偶氮二异丁腈中的一种或几种。
[0012]本发明中的所述的加热温度是20-90 °C。
[0013]本发明中的所述的引发剂/聚合物单体的重量比例是1/1000-5/1000。
[0014]本发明中的所述的与离子液体物理共混的聚合物是聚丙烯、聚乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、聚硅树脂中的一种或几种。
[0015]本发明中的所述的离子液体/聚合物(或聚合物单体)的重量比例是1/1000-1000/1000。
[0016]本发明中的所述的在柔性电极制备过程中，所用柔性可弯曲透明聚合物薄膜为聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二酯中的一种或多种。
[0017]本发明中的所述的改变离子凝胶层电阻的导电纳米材料包括金属/半导体纳米材料，其包括金纳米线、银纳米线、铜纳米线、碳纳米管、石墨烯薄层中的一种或多种。
[0018]本发明中的所述的离子液体/添加纳米材料的重量比例是1000/1-1000/1000。
[0019]本发明提供的离子凝胶透明电极，克服了现有透明电极技术中成本高，工艺复杂，原料稀缺的缺陷，具有优良的可加工性能。通过向离子凝胶中添加金属纳米材料，本发明可以调节离子凝胶导电层的电阻。本发明得到的离子凝胶透明电极经过长达一年的放置不会损坏或者导电性下降，且经过一小时的紫外光照对其形成无影响，生成的导电层性质稳定。本发明的方法操作简便、易于控制、所需设备简单、能够大规模生产，该透明电极可用于制备可弯曲电子显示器屏幕，比如手机、电脑显示器、手表、可视化眼镜等；也可用于制备可弯曲发光二极管或者可弯曲太阳能电池。
【附图说明】
[0020]图1是本发明的可弯曲离子凝胶透明电极的示意图。
【具体实施方式】
[0021]以下实施例仅是对本发明的技术方案作进一步的说明，而不是对本发明的技术方案进行限制。
[0022]实施例1。
[0023](I)透明离子凝胶的制备方法(化学聚合)。
[0024]1-丁基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐和丙烯酸以1/1000重量比溶解于氯仿中(离子液体/氯仿的重量比例是1/1000)，均匀搅拌后加入单体聚合的引发剂过氧化苯甲酰(引发剂/聚合物单体的重量比例是1/1000)，继续搅拌至均匀状态。然后在20 °0加热状态下反应形成透明的溶胶。此类溶胶用于下一步制备离子凝胶透明电极。
[0025](2)离子凝胶透明电极的制备方法。
[0026]将步骤(I)形成的透明离子溶胶均匀涂覆在柔性可弯曲聚苯乙烯透明聚合物薄膜上。在溶胶中溶剂挥发完全后，形成导电层为离子液体/聚合物共混物、支撑层为柔性可弯曲透明聚合物薄膜的离子凝胶透明电极。
[0027](3)调节离子凝胶透明电极电阻的方法。
[0028]由于离子凝胶的电阻为兆欧姆级别，所以可以通过加入金纳米线(离子液体/金纳米线的重量比例是1000/1)的方式调节离子凝胶透明电极的电阻。加入方法为在步骤
(1)形成的透明的溶胶中加入金属/半导体纳米材料继续搅拌至均匀状态。然后执行步骤
(2)，形成离子凝胶透明电极。
[0029](4)离子凝胶透明电极的应用。
[0030]上述制备的离子凝胶透明电极可用于制备可弯曲手机显示器屏幕，能很好地保持稳定状态，电响应时间为0.1 ms,比普通ITO的响应时间要减少0.1 ms O
[0031]实施例2。
[0032](I)透明离子凝胶的制备方法(化学聚合)。
[0033]N- 丁基-吡啶溴盐和甲基丙烯酸甲酯以250/1000重量比溶解于正己烷中(离子液体/正己烷的重量比例是250/1000)，均匀搅拌后加入单体聚合的引发剂过氧化二叔丁基(引发剂/聚合物单体的重量比例是2/1000)，继续搅拌至均匀状态。然后在40 °C加热状态下反应形成透明的溶胶。此类溶胶用于下一步制备离子凝胶透明电极。
[0034](2)离子凝胶透明电极的制备方法。
[0035]将步骤(I)形成的透明离子溶胶均匀涂覆在柔性可弯曲聚丙烯透明聚合物薄膜上。在溶胶中溶剂挥发完全后，形成导电层为离子液体/聚合物共混物、支撑层为柔性可弯曲透明聚合物薄膜的离子凝胶透明电极。
[0036](3)调节离子凝胶透明电极电阻的方法。
[0037]由于离子凝胶的电阻为兆欧姆级别，所以可以通过加入银纳米线(离子液体/银纳米线的重量比例是1000/250)的方式调节离子凝胶透明电极的电阻。加入方法为在步骤
(1)形成的透明的溶胶中加入金属/半导体纳米材料继续搅拌至均匀状态。然后执行步骤
(2)，形成离子凝胶透明电极。
[0038](4)离子凝胶透明电极的应用。