[发明专利]含石墨烯的柔性透明导电薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及含石墨烯的柔性透明导电薄膜及其制备方法。

背景技术

目前，透明导电薄膜最常用的材料是ITO(氧化铟锡)导电玻璃，被广泛应用于薄膜光伏电池、触摸屏、LCD面板、电子纸显示器以及电致发光板中，具有低阻值，可见光区的高透光率等特点。CN200810180006.6、CN200810063399.2、CN201010225932.8、CN201010162968.6等涵盖了ITO薄膜的制备技术。然而，ITO是一种脆性材料，而且铟元素资源稀少。尤其是可穿戴电子设备的发展，提出了对柔性透明导电薄膜的需求。

石墨烯做为一种单原子层的片层状纳米材料，具有高导电性、高柔性、高透光率的特点。因此，现有技术CN201210060008.8、CN201210024680.1、CN201010292705.7、CN201010165599.6、CN201310261713.9、CN201310147338.5、CN201510501789.3、CN201210235187.4、CN201410511439.0、CN201510288593.0、CN201510227685.8提出了制备石墨烯透明导电薄膜及其方法。然而，无论是由化学气相沉积法，氧化还原法还是其它方法制备的石墨烯。由于石墨烯本身的晶体缺陷以及石墨烯片层间的接触电阻，石墨烯薄膜的导电性受到了限制。此外，相关的制备方法如化学气相沉积、高温热还原石墨烯等还有低产量、高能耗、步骤复杂等缺点。

在此基础上，人们提出了制备含石墨烯的复合透明导电薄膜，以弥补纯石墨烯薄膜的不足。现有技术CN201210059822.8将少量石墨烯通过原位聚合的方法掺杂在聚酰亚胺中获得导电薄膜；CN201510403045.8制备了石墨烯、聚合物以及银纳米线的三元复合透明导电薄膜。然而，以上两发明的导电薄膜都基于有机溶剂的分散体系。CN201310269493.4、CN201410170163.4采用化学气相沉积法制备石墨烯，将石墨烯转移并与一层导电聚合物相邻的方式制备复合透明导电薄膜；CN201310309784.1通过将导电聚合物与高温还原的氧化石墨烯复合并进行喷涂成膜制得导电薄膜。

因此，存在这样的需求：采用不含有机溶剂的导电涂覆液，即在环保的水性分散体系中，以更低能耗、更便捷的方法制备低阻值、高透光率和稳定的柔性透明导电薄膜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性透明导电薄膜技术，其能够克服现有技术存在的某种或某些缺陷。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于涂覆在柔性基底上以形成柔性透明导电薄膜的导电涂覆液。该导电涂覆液由含氧化石墨烯的A组分和含亲水聚合物的B组分所组成，其中A组分中所含的氧化石墨烯的质量与其和B组分中所含的亲水聚合物的总质量之比为0.4％～90％，并且导电涂覆液的固含量低于1％。

根据本发明的导电涂覆液，A组分中所含的氧化石墨烯的质量相对于A组分中所含的氧化石墨烯与B组分中所含的亲水聚合物的总量(总质量)之比优选为10％～70％，更优选为20％～50％。

根据本发明的导电涂覆液，A组分还可以包含分散剂，分散剂与氧化石墨烯的质量比为4％～50％，优选为10％～50％，更优选为20％～50％。分散剂可以选自非离子型表面活性剂例如曲拉通，或选自阴离子型表面活性剂例如十二烷基苯磺酸钠。选用本发明的这种表面活性剂作为分散剂可以很好地促进氧化石墨烯在导电涂覆液中的分散。

根据本发明的导电涂覆液，A组分还可以包含还原剂，还原剂与氧化石墨烯的质量比为5％～50％，优选为10％～30％。还原剂可以选自水合肼、碘化氢、浓氨水、二甲肼、硼氢化钠、硼氢化钾、维生素C和葡萄糖，优选为水合肼。

根据本发明的导电涂覆液，B组分还可以包含导电促进剂，导电促进剂与亲水聚合物的质量比为4％～6％。导电促进剂可以为二甲基亚砜。

根据本发明的导电涂覆液，B组分还可以包含成膜促进剂，成膜促进剂与亲水聚合物的质量比为1％～3％。成膜促进剂可以是甘油或乙二醇，优选为乙二醇，以改善导电涂覆液在基底上的流平性和铺展性。

根据本发明的导电涂覆液，A组分中所含的氧化石墨烯优选以改良Hummer’s方法制备的氧化石墨烯水溶液的形式提供，浓度优选为2～5mg/ml。亲水聚合物可以选自聚酰亚胺、聚吡咯、聚乙撑二氧噻吩、反式聚乙炔、聚-3己基噻吩、聚噻吩、聚苯和聚对苯乙炔等导电性良好的高分子材料，优选为聚噻吩。