[发明专利]柔性透明导电氧化物纳米纤维膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电功能纳米材料技术领域，具体涉及一种柔性、透明的导电氧化物纳米纤维膜及其制备方法。

背景技术

柔性透明导电氧化物膜（Transparent Conductive Oxide,TCO）不仅可见光透过率高、电阻率低，可折叠、重量轻、不易碎、易于大面积生产、便于运输和设备投资少等优点，可广泛应用于平板显示器、太阳能电池、农用透明隔热保温塑料大棚等领域。目前，最常见的TCO是SnO₂基，In₂O₃基和ZnO基材料，其中以Sn掺杂的In₂O₃（Sn:In₂O₃，ITO）和Al掺杂的ZnO（Al∶ZnO，AZO）地应用较为广泛。而制备TCO薄膜的技术主要包括真空蒸镀法（Vacuum Evaporation）、溅射法（Sputtering）、化学气相沉淀法（Chemical Vapor Deposition，CVD）、溶胶-凝胶法（Sol-Gel）、喷雾热解法（Spray Pyrolysis）、脉冲激光沉积法（Pulsed Laser Deposition，PLD）以及原子层外延（Atomic Layer Epitaxy，ALE）等。对于柔性TCO膜，通常是采用物理或化学方法在柔性衬底上（如塑料、橡胶等）制备一层TCO膜。其中，柔性衬底的选择要考虑以下几点：（1）衬底材料的透过率；（2）衬底和薄膜间热膨胀系数的匹配性；3）柔性衬底与透明导电薄膜的粘附性。由此可见，柔性基底的使用，严重制约了TCO膜的制备技术和规模化使用。例如，申请号为201010162968.6的中国发明专利，采用磁控溅射的方式，在柔性衬底材料的两面各溅射两层SiO₂，然后在SiO₂膜层上同时溅射金属In与Sn，制备了透明柔性导电薄膜。磁控溅射法制备的膜具有成膜质量高，大面积生产的优点，但这种方法首先需要制备高精度和高纯度的靶材，并且需要昂贵的真空制备，所以工业成本高，不利于工业化生产。申请号为200910236527.3的中国发明专利，采用超声喷雾热解法，首先在耐高温衬底上制备FTO薄膜，然后通过透明粘结剂将FTO膜与低温柔性衬底粘结在一起，最后通过化学处理得到厚度为150nm，方阻为280Ω/cm，含有粘结剂的柔性透明导电FTO薄膜。这种采用喷雾热解法制备透明导电膜，不需要昂贵的真空设备，但实际生产中将产生大量的污染性气体，需要额外拓建一个尾气处理装置，限制了工业化生产。申请号为201210506069.2的中国发明专利，首先将二水合醋酸锌、铝盐和低沸点稳定剂溶于低沸点溶剂配置旋涂液，旋涂于经亲水处理的柔性基片上，然后经老化、热处理和惰性气氛退火，得到可见光透过率在80%以上的柔性透明掺铝氧化锌膜。溶胶-凝胶法不需要昂贵的真空设备，成本较低，并且操作简单，但溶胶-凝胶法需要用到有毒的有机溶剂，需要150～300℃预处理，不利于在柔性衬底（一般耐受温度200℃以下）上镀膜，且通常导电膜的导电率较低，难以满足实际要求。因此，开发一种无需柔性基底、成本低、性能优异的柔性透明导电膜的制备技术具有十分重要的意义。

发明内容

本专利技术克服现有柔性氧化物导电膜存在的问题，提供一种无需柔性基底、成本低、性能优异的柔性透明导电膜及制备方法，这种柔性透明导电膜的制备方法，是将金属盐、掺杂元素的盐、粘合剂及溶剂配成前驱体，通过电纺丝设备喷射到基底上，然后高温煅烧得到柔性透明导电氧化物纤维膜。

根据本发明制备柔性透明导电氧化物纤维膜包括以下步骤：

1）将金属盐、掺杂元素的盐、粘合剂及溶剂配成前驱体；

所述金属盐为Sn、In、Zn中的一种或几种的盐，优选为金属氯化物盐或水合金属氯化物盐，并可通过反应和/煅烧生成金属氧化物；掺杂元素选自Sb、Ga、Bi、Co、La、Ce、W、Mo、Al、F、B中的一种或几种；

其中掺杂元素：金属盐的摩尔比为1:3～1:100；

所述粘合剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯缩丁醛中的一种或几种；

所述溶剂为离子水、甲醇、乙醇、异丙醇、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或几种；

所述金属盐和掺杂元素的盐的总质量与所述粘合剂的质量比为0.5：1～3：1；

其中粘合剂：溶剂的质量比为1：3～1:10；

2）将步骤1）的前驱体溶液通过静电纺丝设备直接喷射到基底上，获得有机/无机复合纳米纤维；