[发明专利]透明导电膜及其形成方法

说明书

技术领域

本发明是涉及含有碳材的透明导电膜，更特别涉及具有可稳定提升碳材导电膜的导电性的结构的透明导电膜及其形成方法。

背景技术

纳米碳管自1991年由Ijima发现以来即因其独特的物理化学性质，在各应用领域极具发展潜力，诸如电磁波遮蔽与静电消散的导电添加应用、储能元件(如锂二次电池、超高电容器及燃料电池等)电极、吸附材、催化剂载体及导热材料等，皆为关键的核心材料之一。近期铟锡氧化物(tin-doped indium oxide、ITO)透明导电氧化物的价格不断飙涨及其在大尺寸制程上的限制，加上软性电子产业的兴起，纳米碳材的高导电度、低可见光吸收度，甚至高机械强度的特性使其在可挠式透明导电膜的应用开发日益重要。以纳米碳管为例，目前纳米碳管透明导电膜的导电特性主要决定于纳米碳管本质导电度、碳管分散性以及网络堆栈结构的控制。不同制备方法及种类形式的碳管的电性差异极大，其薄膜导电度差异可高达数个数量级。为达较佳薄膜导电特性，仍需选择较高纯度的单层或双层纳米碳管。为进一步提升透明导电膜的特性，除了进行碳材来源筛选、纯化，或是与诸如聚(3，4-二氧乙基噻吩)(poly(3，4-ethylenedioxythiophene)、PEDOT)、纳米金属及导电氧化物等材料进行复合外，目前的主流为利用化学掺杂改善纳米碳材导电膜的导电特性。

Nature，388，255(1997)文献在真空中以钾金属蒸气与卤素(Br₂)蒸气对碳管导电膜进行化学掺杂，可大幅降低碳管电阻，但大部分的产物在空气中不甚稳定。

美国专利6,139,919将单层纳米碳管直接浸泡于熔融的碘中进行掺杂，I₂会先分解为I⁺与I₃^-并与碳管产生电荷转移。经掺杂处理的碳管薄膜面电阻可降1个数量级以上，且稳定性较其它卤素掺杂为高。

J.Am.Chem.Soc.127，5125(2005)与Appl.Phy.Lett.，90，121913(2007)文献将纳米碳管透明导电膜直接以SOCl₂与浓HNO₃进行处理，除了可协助移除表面分散剂以达碳管网络致密化的功效外，也可进行纳米碳管的掺杂，整体面电阻的降低也很显著，但同样面临稳定性不佳的问题。

美国专利7,253,431使用单电子氧化剂先与纳米碳管进行反应以改变碳管电性，所使用的氧化剂包括有机氧化剂、有机金属络合物、或π电子受体以及银盐等。美国专利2008001141使用具有强拉电子基的有机物作为掺杂物如2，3，5，6-四氟-7，7，8，8-四氰对醌二甲烷(2，3，5，6-Tetrafluoro-7，7，8，8-Tetracyano quino-dimethane，TCNQ-F4)，掺杂纳米碳管分散液形成的堆栈结构，以提升碳管导电层的导电特性。

J.Am.Chem.Soc.，130，2062(2008)则探讨具有不同拉电子(electron-with drawing)与推电子(electron-donating)基团的芳香族与脂肪族有机溶剂，如何改变单层纳米碳管的电子组态，得知具有拉电子基的溶剂可提升导电特性。

Adv.Func.Mater.，18，2548(2008)文献在经SOCl₂与HNO₃处理的碳管导电膜上涂布导电高分子层PEDOT-PSS，于室温空气中可稳定超过1500小时。

ACS Nano，4，6998(2010)使用双三氟甲烷磺酰胺(bis(trifluoromethane sulfonyl)amine，TFSA)等具有较高沸点的强拉电子基团分子，对碳管进行p型掺杂。由于掺杂物挥发性较低，使薄膜导电度在常温的稳定时间能得以延长。

Chem.Mater.，22，5179(2010)使用单电子氧化剂(one-electron oxidant)如六氯锑酸三乙基氧鎓(triethyloxonium hexachloroantimonate，OA)对碳管薄膜进行p型掺杂，因OA为不具挥发性的金属盐类，因此具有稳定的掺杂效应。

美国专利早期公开2010099815提出将具有拉电子基团(如TCNQ)以共价键固定于高分子侧链，预期可稳定对纳米碳管掺杂的效果，但高分子包覆容易降低碳管薄膜的导电特性。