[发明专利]一种碳纳米材料/金属纳米材料复合纳米油墨

说明书

技术领域

本发明涉及油墨领域，是一种基于纳米材料制备的导电油墨。

背景技术

透明电极简单来说一是要能够导电，二是要能够透光。国际上透明电极的市场前景广阔，更进一步说透明电极也不单单被广泛用于触摸屏，在不久的将来他还会在平板显示，LCD，有机LED(OLED)照明，太阳能电池等领域有更广泛的应用。

目前被广泛使用的透明电极材料是ITO(氧化铟锡)。ITO作为透明电极材料具有比较明显的优点，即透明度高，导电性好，在许多应用中呈现出较高的性能。目前ITO透明电极的主要制备方法是真空蒸镀工艺，其工续复杂，设备及其运行成本昂贵，而且不适合大的尺寸的制造。新一代光电器件除了需要好的导电透明性能外，还需要具有抗弯曲性能，质量轻，价廉，并与已有的大规模制备技术匹配等。目前，国际上正出现替代ITO的新型透明电极材料并逐步走向实用化。简单来说，新型的透明电极材料除了要导电好，透明度高外，还有具备以下几个特点：柔软及弯曲性出色；色调好；制备成本低；基材选择自由度高。这些材料主要是银纳米线，碳纳米材料(碳纳米管，石墨烯)，导电高分子材料等。使用新型的透明电极材料可以提高产品的附加值，大大降低产品成本，并能提高产品的性能。近几年来，碳纳米管，石墨烯在透明电极上的应用得到了很多的重视。碳纳米管是一维纳米管状结构，其导电性能能够与金属铜媲美，理论和实验证明碳纳米管的导电性能达到400000Scm^-1。而且其机械性能优异，化学稳定性和热稳定性好。由碳纳米管组成的二维薄膜在厚度10-100纳米范围时，具有较高的导电性和透光率，可以作为取代ITO的透明电极。常用的碳纳米管有单层碳纳米管和双层碳纳米管，而双层碳纳米管具有较高的综合光电性能。最新研究证明由CVD方法制备的大面积石墨烯材料具有优异的透明电极光电性能，具有很好的应用前景。目前国际上研发另一个比较具有前景的透明电极材料之一是银纳米线。银纳米线是一种新型的一维纳米材料(图5)。它具有优异的导电性和导热性。银微米及纳米粉体材料在半导体行业中应用很广，常用它制备成电子，光电子，电化学，以及机电器件的胶粘剂。而银纳米线的发现更加拓宽了银这种贵金属的应用。由于它的优异的导电性和一维纳米线的特征，可以很容易的制成导电薄膜，不仅具有低填充，高导电的特点，而且这种薄膜的柔性和高透明性是普通银粉无法实现的。但银纳米线也有些缺点，如比较容易氧化，其化学稳定性差。实际操作中在银纳米线薄膜表面还有覆盖一层保护层。

综合而言，ITO电极存在着易碎的缺点，因而不能用来生产柔性屏幕。同时它的生产过程效率不高，价格也相当昂贵，在需求量不断增加的今天价格更是不断上涨。银纳米导线作为透明导体性能良好，国内外已有银纳米导线的生产和应用专利注册。但是，银与铟类似，它们稀少且昂贵，研制生产的产品成本很高。近期，国内外研究人员正大力改善碳纳米管(CNT)的性能和薄膜涂覆工业的而研究，但至今还没有取得突破性进展。实际生产中，还是有很多技术难题需要攻克。应用到实践还得假以时日。另一种金属铜，其存储量比铟丰富上千倍，铜也可以制备成纳米颗粒或纳米线。铜纳米导线的导电性能优于碳纳米管，同时比银纳米导线要廉价许多。铜纳米导线价廉且性能良好的事实使得其成为非常有希望解决难题的材料。

附图说明：

图1由碳纳米管和金属纳米颗粒复合纳米油墨印刷成的复合透明电极结构示意图

图2有碳纳米管和金属纳米线复合纳米油墨印刷成的复合透明电极结构示意图

图3由石墨烯和金属纳米颗粒复合纳米油墨印刷成的复合透明电极结构示意图

图4由石墨烯和金属纳米颗粒复合纳米油墨印刷成的复合透明电极结构示意图

发明内容

本发明提出了一种新型复合纳米油墨的概念，通过把碳纳米材料(碳纳米管和石墨烯)以及金属纳米材料(金属纳米线及金属纳米颗粒)制备成复合油墨，以用于透明电极等的应用。本发明还涉及了一种新型复合透明电极的概念。这种新型的复合透明电极秉承了碳纳米材料和几种优质金属纳米透明电极材料性能优点，并克服了其中一些性能、成本的制约和缺陷，能真正意义上研制开发出质优价廉，生产简单，并能大批量推广的复合透明电极。

利用本发明的复合纳米油墨制备的新型复合透明电极将具有以下的优势：

具有更好的抗柔性：比如碳纳米管和铜纳米线的柔韧性能好，而ITO比较脆，折叠时容易产生裂纹，降低导电性能。通过碳纳米管铜纳米线的复合，可以增强整透明电极的柔韧性。提高导电膜与基体的机械结合力：复合透明电极可以提高与基体的结合力，并提高器件的性能。