[发明专利]利用纳米颗粒改善表面浸润性的薄膜制备方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜器件制备技术领域，具体涉及使用纳米颗粒改善表面浸润性，丰富溶液 法可制备的薄膜类型，扩展器件设计中可选择的材料类型，简化制备工艺。

背景技术

薄膜是一种特殊的物质形态，由于在厚度这一特定方向上尺寸很小，薄膜材料呈现与体 材料不同的独特性能。薄膜技术在集成光学、电子元器件、光电器件等多个领域都有广泛的 应用。薄膜的制备方法有很多，如溅射法、电沉积法、气相沉积法、溶液法等。在这些沉积 方法中，溶液法因操作简单、成本低廉最受欢迎。在溶液法中，一种溶液能否在待沉积表面 形成薄膜，受限于该溶液与待沉积表面的接触性质，良好的浸润性是溶液法制备薄膜的必备 条件。面对浸润性不好的表面，现有的应对方案主要有以下几种：

(1)换材料，将浸润性不好的表面或者待沉积溶液之一替换成其它材料，以便于成膜， 这种方法缩小了器件设计中可以考虑的材料的范围；

(2)蒸镀，对于受限于浸润性问题的待沉积材料，放弃溶液法，改用蒸镀法沉积，蒸 镀法相比于溶液法，成本更高；

(3)对待沉积表面进行化学改性，通过物理或化学方法改变表面的化学性质，使得浸 润性变好，这种方法针对不同表面须做不同调整，普适性不强，且化学改性后的 薄膜，可能不再适合于制备高性能的器件；

(4)添加中间层，先在这个表面沉积一种浸润性好的溶液，而后再在此基础上，沉积 待沉积溶液，但是中间层不是那么好找，而且可能有损器件性能。

发明内容

为了克服待沉积表面浸润性不好对于溶液法制备薄膜器件的限制，本发明提供一种使用 纳米颗粒改善表面浸润性的方法。这种方法在沉积目标溶液之前，预先在不浸润的表面上沉 积一层不连续的纳米颗粒，改变表面的形貌，减小待沉积溶液与表面之间的接触角，改善浸 润性，同时不妨碍目标溶液与表面的直接接触。

本发明利用纳米颗粒改善待沉积表面的浸润性，从而提供了一种薄膜制备方法，包括以 下步骤：

1)配制纳米颗粒的前驱体溶液或分散液；

2)将纳米颗粒的前驱体溶液或分散液沉积在待沉积表面上，形成一层不连续的纳米颗 粒，获得修饰后的待沉积表面；

3)将待沉积的溶液沉积在修饰后的待沉积表面，得到全覆盖且与待沉积表面接触良好 的薄膜。

纳米颗粒改善待沉积表面浸润性的原理如图1所示。如果待沉积溶液与待沉积表面之间 接触性质不好，两者的接触角(θ)比较大，这种情况下，待沉积溶液在这个表面上难以吸附， 因而也难以形成薄膜。而如果按照前文所述，在待沉积表面预先沉积一层不连续的纳米颗粒， 则待沉积溶液与待沉积表面之间的接触性质会发生改变，接触角变小，吸附性变好，因而可 以形成薄膜，而且薄膜于待沉积表面之间可以直接接触，电荷可以在薄膜与待沉积表面之间 传输。

上述步骤1)中，用于配制纳米颗粒的前驱体溶液或分散液的溶剂要选择在待沉积表面 浸润性好且对待沉积表面无伤害的溶剂。所述待沉积表面可以是无机材料表面，也可以是有 机材料表面，例如硅片、氮化硅、玻璃、单基板、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、金属板、氧 化铟锡(ITO)、氧化氟锡(FTO)、聚3,4-乙撑二氧噻吩∶聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、 PCBM、ICBA、C₆₀、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、poly-TPD、spiro-OMeTAD、 聚乙烯咔唑(PVK)、石墨烯、石墨烯氧化物、氧化锌(ZnO)、氧化镍(NiO_x)、氧化钼(MoO_x)、 氧化钨(WO_x)、氧化钛(TiO_x)、二氧化硅(SiO₂)、二氧化锡(SnO₂)、二氧化锗(GeO₂)、 银膜、银纳米线、银网格、金膜、金纳米线、金网格、铜膜、铜纳米线、铜网格、镍膜、镍 纳米线、镍网格等等材料中的一种或多种混合的材料表面。

步骤1)中的溶剂可以是有机或无机溶剂，视待沉积表面的性质不同而不同，例如水、 二硫化碳(CS₂)、甲醇、乙醇、丁醇、乙二醇、异丙醇(IPA)、乙氧基乙醇、甲氧基乙醇、 氯苯(CB)、二氯苯、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、γ-丁内酯、二甲基亚砜(DMSO)等中的 一种或几种的混合。