一種以石墨烯作為透明導(dǎo)電電極的智能調(diào)光膜及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種以石墨烯作為透明導(dǎo)電電極的智能調(diào)光膜，以上下兩側(cè)的石墨烯薄膜作為導(dǎo)電電極，將液晶混合材料夾于中間，在上下兩側(cè)的石墨烯薄膜的外側(cè)附著有透明基體，形成透明基體/石墨烯/液晶/石墨烯/透明基體的結(jié)構(gòu)，其中，上下石墨烯薄膜的邊緣處分別設(shè)有一個(gè)或多個(gè)電極引出結(jié)構(gòu)，與外部驅(qū)動(dòng)電源連接。本發(fā)明基于石墨烯電極的智能調(diào)光膜，以一種用石墨烯薄膜替代ITO（氧化銦錫）作為電極的智能調(diào)光膜結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)石墨烯的特點(diǎn)而發(fā)明的在實(shí)際應(yīng)用中導(dǎo)電電極的引出結(jié)構(gòu)，不僅有效降低了智能調(diào)光膜的成本，而且大大降低制作成本，工藝簡(jiǎn)單，較現(xiàn)有智能調(diào)光膜的成本減少了30%以上。
【專利說明】一種以石墨烯作為透明導(dǎo)電電極的智能調(diào)光膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能調(diào)光膜。
【背景技術(shù)】
[0002]智能玻璃，又稱電控調(diào)光玻璃，通過電控來實(shí)現(xiàn)玻璃在透明與不透明之間的轉(zhuǎn)換，目前被廣泛應(yīng)用到房產(chǎn)裝飾，汽車玻璃，大面積投影墻，辦公場(chǎng)所，公共娛樂設(shè)施等領(lǐng)域。智能玻璃的電控調(diào)光的轉(zhuǎn)換，是通過智能調(diào)光膜來實(shí)現(xiàn)的。作為最核心的部件，智能調(diào)光膜是由上下兩層ITO透明導(dǎo)電薄膜作為電極，以及夾在中間的液晶材料和聚合物的混合材料構(gòu)成。目前市場(chǎng)上ITO (氧化銦錫)是用作智能調(diào)光膜電極的唯一的可選材料，而且ITO價(jià)格昂貴，銦元素在地球上的儲(chǔ)量有限，但I(xiàn)TO在電子器件，光電，光伏等領(lǐng)域需求量越來越大。所以，本發(fā)明涉及的是智能玻璃領(lǐng)域的全新的一種透明導(dǎo)電薄膜材料，成本低，透光率可調(diào)(97.7%- 10%)，導(dǎo)電性可調(diào)(方塊電阻在50-300歐姆/ 口)。
[0003]現(xiàn)有的以ITO為透明電極的智能調(diào)光膜技術(shù)中，存在以下幾個(gè)問題:一，使用ITO透明薄膜，ITO是唯一的選擇；二，ITO價(jià)格昂貴，原材料成本太高，而且銦元素比較稀缺，地球上存量有限，ITO市場(chǎng)需求量越來越大，所以ITO的價(jià)格只會(huì)越來越高；三，ITO薄膜比較脆，柔韌性較差，在彎曲60度以上就會(huì)斷裂破損，導(dǎo)致器件失效，所以不適合用在對(duì)柔性要求比較高的場(chǎng)合；四，ITO的透過率低，而且受方阻的限制不能夠任意調(diào)節(jié)。
[0004]石墨烯作為一種單層碳原子二維網(wǎng)絡(luò)，其厚度只有0.34納米，因此可任意彎曲，其可見光透過率為97.7%，理論導(dǎo)電率為10E8/S.πι，是目前發(fā)現(xiàn)最好的電導(dǎo)體，理論上是一種極好的透明導(dǎo)電電極材料。但是，由于石墨烯的超薄性，在實(shí)際的應(yīng)用過程中，石墨烯電極跟外部電源系統(tǒng)的連接存在很大的困難，因而至今未能將石墨烯材料應(yīng)用到智能調(diào)光膜技術(shù)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有的缺陷，提供了一種可任意彎曲、透光率可任意調(diào)節(jié)且成本低的以石墨烯作為透明導(dǎo)電電極的智能調(diào)光膜；
本發(fā)明的另一目的是提供上述以石墨烯作為透明導(dǎo)電電極的智能調(diào)光膜的制備方法。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來具體實(shí)現(xiàn):
一種以石墨烯作為透明導(dǎo)電電極的智能調(diào)光膜，以上下兩側(cè)的石墨烯薄膜作為導(dǎo)電電極，將液晶混合材料夾于中間，在上下兩側(cè)的石墨烯薄膜的外側(cè)附著有透明基體，形成透明基體/石墨烯/液晶/石墨烯/透明基體的結(jié)構(gòu)，其中，上下石墨烯薄膜的邊緣處分別設(shè)有一個(gè)或多個(gè)電極弓丨出結(jié)構(gòu)，與外部驅(qū)動(dòng)電源連接。
[0007]進(jìn)一步的，所述電極引出結(jié)構(gòu)為涂布于石墨烯薄膜上的導(dǎo)電銀漿或者是與石墨烯薄膜緊密貼合的金屬。
[0008]優(yōu)選的，所述導(dǎo)電銀漿的厚度為100納米~200微米；
所述金屬為銅，厚度為10-200微米；
所述上下電極引出結(jié)構(gòu)位于智能調(diào)光膜的同一邊，或者根據(jù)需要位于兩邊，當(dāng)所述上下電極引出結(jié)構(gòu)位于智能調(diào)光膜的同一邊時(shí)，上下電極引出結(jié)構(gòu)上下錯(cuò)開。
[0009]進(jìn)一步的，所述石墨烯薄膜為一層或多層石墨烯構(gòu)成。
[0010]進(jìn)一步的，所述透明基體為透明玻璃、PET聚酯膜或者為PET聚酯膜外側(cè)附著透明玻璃的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0011]上述以石墨烯作為透明導(dǎo)電電極的智能調(diào)光膜的制備方法，包括如下步驟:
1)將生長(zhǎng)出的石墨烯轉(zhuǎn)移到透明基體上，形成透明導(dǎo)電層，作為上層；
2)通過涂布方式，在按照步驟I)中得到的透明導(dǎo)電層的石墨烯一側(cè)輔設(shè)液晶混合材料，涂布時(shí)，在透明導(dǎo)電層的邊緣留出一定寬度的區(qū)域，形成下層； 3)用步驟I)的方法所得到上層覆蓋步驟2)的方法得到的下層，形成液晶混合材料在中間，透明導(dǎo)電層在兩側(cè)的“三明治”結(jié)構(gòu)，經(jīng)壓合或固化后形成調(diào)光膜，其中，在上層覆蓋下層時(shí)，留出與液晶混合材料不相接觸的邊緣區(qū)域；
4)將上層和下層中留出的區(qū)域涂布或點(diǎn)覆一層導(dǎo)電銀漿，或者用導(dǎo)電膠粘合一層金屬，形成電極引出結(jié)構(gòu)，并把所述區(qū)域內(nèi)未涂有導(dǎo)電銀漿或粘合金屬的部位去除。
[0012]優(yōu)選的，所述步驟I)中制備透明導(dǎo)電層時(shí)，采用多次轉(zhuǎn)移，增加石墨烯的層數(shù)。
[0013]優(yōu)選的，所述步驟4)中，根據(jù)需要，按照步驟4)的方法在上層或下層上分別制作多個(gè)電極引出結(jié)構(gòu)，并且當(dāng)所述電極引出結(jié)構(gòu)位于智能調(diào)光膜的同一邊時(shí)，使這些電極引出結(jié)構(gòu)相互錯(cuò)開。
[0014]本發(fā)明的有益效果:
1、本發(fā)明利用石墨烯具有優(yōu)異的透光率，導(dǎo)電性和機(jī)械性能，制備以石墨烯為透明導(dǎo)電層的智能調(diào)光膜，其可見光透過率(400-700納米)在10% — 97.7%可調(diào)，方塊電阻(歐姆 / □):50-300 ；
2、本發(fā)明智能調(diào)光膜既可以用在剛性智能調(diào)光玻璃上，也可以直接用在對(duì)柔性有要求的各種曲面上，可用于制作各種智能調(diào)光玻璃，或者制作成柔性的智能調(diào)光膜，用在各種曲面上。可按照具體要求，做成任何形狀，任何尺寸，其柔韌性:超薄，任意彎曲至180度；
3、本發(fā)明還給出了對(duì)石墨烯作為透明導(dǎo)電層的電極引出方法，克服了石墨烯超薄難以外接的問題，安全實(shí)用，易于操作，其電極引出的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可有效避免接觸短路，便于安裝，利于智能調(diào)光玻璃用在不同場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)有石墨烯材料的超薄電極；
4、本發(fā)明基于石墨烯電極的智能調(diào)光膜，以一種用石墨烯薄膜替代ITO(氧化銦錫)作為電極的智能調(diào)光膜結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)石墨烯的特點(diǎn)而發(fā)明的在實(shí)際應(yīng)用中導(dǎo)電電極的引出結(jié)構(gòu)，不僅有效降低了智能調(diào)光膜的成本，而且大大降低制作成本，工藝簡(jiǎn)單，較現(xiàn)有智能調(diào)光膜的成本減少了 30%以上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:
圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中以石墨烯作為透明導(dǎo)電電極的智能調(diào)光膜剖面圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中以石墨烯作為透明導(dǎo)電電極的智能調(diào)光膜立體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例2中的以石墨烯作為透明導(dǎo)電電極的智能調(diào)光膜剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0017]實(shí)施例1:
一種以石墨烯作為透明導(dǎo)電電極的智能調(diào)光膜，參照?qǐng)D1-2，以上下兩側(cè)的石墨烯薄膜2 (寬2cm、長(zhǎng)IOcm)作為導(dǎo)電電極，將液晶混合材料I夾于中間，所述石墨烯薄膜為雙層石墨烯構(gòu)成，在上下兩側(cè)的石墨烯薄膜2的外側(cè)附著有PET聚酯膜3，形成PET聚酯膜3/雙層石墨烯2/液晶I/雙層石墨烯2/PET聚酯膜3的結(jié)構(gòu)，其中，上下石墨烯薄膜2的邊緣處分別設(shè)有兩個(gè)電極引出結(jié)構(gòu)4，與外部驅(qū)動(dòng)電源連接。
[0018]所述電極引出結(jié)構(gòu)4為涂布于石墨烯薄膜上的導(dǎo)電銀漿，厚度為10微米；
所述電極引出結(jié)構(gòu)上下錯(cuò)開。
[0019]實(shí)施例2:
一種以石墨烯作為透明導(dǎo)電電極的智能調(diào)光膜，參照?qǐng)D3，以上下兩側(cè)的石墨烯薄膜2(寬2cm、長(zhǎng)IOcm)作為導(dǎo)電電極，將液晶混合材料I夾于中間，所述石墨烯薄膜為雙層石墨烯構(gòu)成，在上下兩側(cè)的石墨烯薄膜2的外側(cè)附著有PET聚酯膜3，PET聚酯膜3的外側(cè)附著有透明玻璃5，形成透明玻璃5/PET聚酯膜3/雙層石墨烯2/液晶I/雙層石墨烯2/PET聚酯膜3/透明玻璃5的結(jié)構(gòu)，其中，上下石墨烯薄膜2的邊緣處分別設(shè)有兩個(gè)電極引出結(jié)構(gòu)4，與外部驅(qū)動(dòng)電源連接。
[0020]所述電極引出結(jié)構(gòu)4為涂布于石墨烯薄膜上的導(dǎo)電銀漿，厚度為10微米；
所述電極引出結(jié)構(gòu)上下錯(cuò)開。
[0021]實(shí)施例3:
以石墨烯作為透明導(dǎo)電電極的智能調(diào)光膜的制備方法，包括如下步驟:
第一步，所述石墨烯通過化學(xué)氣相沉積方法生長(zhǎng)在銅箔上；
第二步，通過化學(xué)刻蝕方法把銅刻蝕掉，再把石墨烯轉(zhuǎn)移到不同的基體上，比如玻璃或者PET聚酯膜。通過繼續(xù)轉(zhuǎn)移石墨烯，可以增加石墨烯的層數(shù)，從而增加石墨烯導(dǎo)電層的導(dǎo)電性，調(diào)節(jié)其透過率；
第三步，通過涂布方式，在第二步得到的石墨烯透明導(dǎo)電層基體上鋪設(shè)液晶混合材料。由于石墨烯導(dǎo)電層的厚度在0.3-3納米，按照傳統(tǒng)方法通過剝離基體材料露出導(dǎo)電層，由導(dǎo)電層直接連接外部驅(qū)動(dòng)電源的方法不適用。因此，在涂布液晶混合材料的時(shí)候，在石墨烯透明導(dǎo)電層上留出一定寬度的區(qū)域(比如I厘米寬，寬度大小依據(jù)實(shí)際情況)，只在其余均勻區(qū)域涂布液晶混合材料；
第四步，在第三步得到的涂有液晶混合材料的石墨烯透明導(dǎo)電層基體上(為方面起見，稱為“下層”基體)，加上一層由第二步得到的石墨烯透明導(dǎo)電層基體(稱為“上層”基體)，形成一種液晶混合材料在中間，透明導(dǎo)電層在兩側(cè)的“三明治”結(jié)構(gòu)。注意“上層”基體的電極在覆蓋“下層”基體時(shí)，也需要留有一定寬度的區(qū)域未覆蓋到液晶混合材料，如圖1或圖2所示。[0022]第五步，第四步得到的結(jié)構(gòu)經(jīng)過壓合和固化(紫外固化或者熱固化)之后成型為調(diào)光膜；
第六步，在“下層”基體的未被液晶材料覆蓋的部分，根據(jù)實(shí)際情況，選擇部分區(qū)域，涂布或者點(diǎn)覆一層10微米厚的導(dǎo)電銀漿，導(dǎo)電銀漿與“上層”基體的石墨烯不能有接觸，并把其余未涂有導(dǎo)電銀漿(或者金屬)的區(qū)域剪掉。此述的導(dǎo)電銀漿(或者金屬)作為引出與外部驅(qū)動(dòng)電源連接。電極引出可以根據(jù)實(shí)際需要，按照上述方法作一個(gè)或幾個(gè)，如圖2所示在“下層”基體的石墨烯電極層上制作了 2個(gè)引出。
[0023]第七步，在“上層”基體上，按照上述第六步描述的過程進(jìn)行重復(fù)，需要注意的是涂布導(dǎo)電銀漿(或者金屬)的區(qū)域要跟“下層”的導(dǎo)電銀漿(或者金屬)區(qū)域錯(cuò)開，從而避免接觸短路。此述導(dǎo)電銀漿(或者金屬)作為引出與外部驅(qū)動(dòng)電源連接。對(duì)應(yīng)“下層”基體，在“上層，，基體的石墨烯電極層上制作一個(gè)或者多個(gè)弓I出。
[0024]實(shí)施例4:
以石墨烯作為透明導(dǎo)電電極的智能調(diào)光膜的制備方法，包括如下步驟:
第一步，所述石墨烯通過化學(xué)氣相沉積方法生長(zhǎng)在銅箔上；
第二步，通過化學(xué)刻蝕方法把銅刻蝕掉，再把石墨烯轉(zhuǎn)移到不同的基體上，比如玻璃或者PET聚酯膜。通過繼續(xù)轉(zhuǎn)移石墨烯，可以增加石墨烯的層數(shù)，從而增加石墨烯導(dǎo)電層的導(dǎo)電性，調(diào)節(jié)其透過率；
第三步，通過涂布方式，在第二步得到的石墨烯透明導(dǎo)電層基體上鋪設(shè)液晶混合材料。由于石墨烯導(dǎo)電層的厚度在0.3-3納米，按照傳統(tǒng)方法通過剝離基體材料露出導(dǎo)電層，由導(dǎo)電層直接連接外部驅(qū)動(dòng)電源的方法不適用。因此，在涂布液晶混合材料的時(shí)候，在石墨烯透明導(dǎo)電層上留出一定寬度的區(qū)域(比如I厘米寬，寬度大小依據(jù)實(shí)際情況)，只在其余均勻區(qū)域涂布液晶混合材料；
第四步，在第三步得到的涂有液晶混合材料的石墨烯透明導(dǎo)電層基體上(為方面起見，稱為“下層”基體)，加上一層由第二步得到的石墨烯透明導(dǎo)電層基體(稱為“上層”基體)，形成一種液晶混合材料在中間，透明導(dǎo)電層在兩側(cè)的“三明治”結(jié)構(gòu)。注意“上層”基體的電極在覆蓋“下層”基體時(shí)，也需要留有一定寬度的區(qū)域未覆蓋到液晶混合材料，如圖1或圖2所示。
[0025]第五步，第四步得到的結(jié)構(gòu)經(jīng)過壓合和固化(紫外固化或者熱固化)之后成型為調(diào)光膜；
第六步，在“下層”基體的未被液晶材料覆蓋的部分，根據(jù)實(shí)際情況，選擇部分區(qū)域，直接用導(dǎo)電膠粘上一層10微米以上的金屬(例如銅，但不限于銅)，者金屬與“上層”基體的石墨烯不能有接觸，并把其余未涂有導(dǎo)電銀漿(或者金屬)的區(qū)域剪掉。此述的導(dǎo)電銀漿(或者金屬)作為引出與外部驅(qū)動(dòng)電源連接。電極引出可以根據(jù)實(shí)際需要，按照上述方法作一個(gè)或幾個(gè)，如圖2所示在“下層”基體的石墨烯電極層上制作了 2個(gè)引出。
[0026]第七步，在“上層”基體上，按照上述第六步描述的過程進(jìn)行重復(fù)，需要注意的是涂布導(dǎo)電銀漿(或者金屬)的區(qū)域要跟“下層”的導(dǎo)電銀漿(或者金屬)區(qū)域錯(cuò)開，從而避免接觸短路。此述導(dǎo)電銀漿(或者金屬)作為引出與外部驅(qū)動(dòng)電源連接。對(duì)應(yīng)“下層”基體，在“上層”基體的石墨烯電極層上制作一個(gè)或者多個(gè)弓I出。
[0027]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種以石墨烯作為透明導(dǎo)電電極的智能調(diào)光膜，其特征在于:以上下兩側(cè)的石墨烯薄膜作為導(dǎo)電電極，將液晶混合材料夾于中間，在上下兩側(cè)的石墨烯薄膜的外側(cè)附著有透明基體，形成透明基體/石墨烯/液晶/石墨烯/透明基體的結(jié)構(gòu)，其中，上下石墨烯薄膜的邊緣處分別設(shè)有一個(gè)或多個(gè)電極弓丨出結(jié)構(gòu)，與外部驅(qū)動(dòng)電源連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以石墨烯作為透明導(dǎo)電電極的智能調(diào)光膜，其特征在于:所述電極引出結(jié)構(gòu)為涂布于石墨烯薄膜上的導(dǎo)電銀漿或者是與石墨烯薄膜緊密貼合的金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的以石墨烯作為透明導(dǎo)電電極的智能調(diào)光膜，其特征在于:所述導(dǎo)電銀漿的厚度為100納米~200微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的以石墨烯作為透明導(dǎo)電電極的智能調(diào)光膜，其特征在于:所述金屬為銅，厚度為10-200微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以石墨烯作為透明導(dǎo)電電極的智能調(diào)光膜，其特征在于:所述上下電極引出結(jié)構(gòu)位于智能調(diào)光膜的同一邊，或者根據(jù)需要位于兩邊，當(dāng)所述上下電極引出結(jié)構(gòu)位于智能調(diào)光膜的同一邊時(shí)，上下電極引出結(jié)構(gòu)上下錯(cuò)開。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的以石墨烯作為透明導(dǎo)電電極的智能調(diào)光膜，其特征在于:所述石墨烯薄膜為一層或多層石墨烯構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的以石墨烯作為透明導(dǎo)電電極的智能調(diào)光膜，其特征在于:所述透明基體為透明玻璃、PET聚酯膜或者為PET聚酯膜外側(cè)附著透明玻璃的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
8.一種以石墨烯作為透明導(dǎo)電電極的智能調(diào)光膜的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: 1)將生長(zhǎng)出的石墨烯轉(zhuǎn)移到透明基體上，形成透明導(dǎo)電層，作為上層； 2)通過涂布方式，在按照步驟I)中得到的透明導(dǎo)電層的石墨烯一側(cè)輔設(shè)液晶混合材料，涂布時(shí)，在透明導(dǎo)電層的邊緣留出一定寬度的區(qū)域，形成下層； 3)用步驟I)的方法所得到上層覆蓋步驟2)的方法得到的下層，形成液晶混合材料在中間，透明導(dǎo)電層在兩側(cè)的“三明治”結(jié)構(gòu)，經(jīng)壓合或固化后形成調(diào)光膜，其中，在上層覆蓋下層時(shí)，留出與液晶混合材料不相接觸的邊緣區(qū)域； 4)將上層和下層中留出的區(qū)域涂布或點(diǎn)覆一層導(dǎo)電銀漿，或者用導(dǎo)電膠粘合一層金屬，形成電極引出結(jié)構(gòu)，并把所述區(qū)域內(nèi)未涂有導(dǎo)電銀漿或粘合金屬的部位去除。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的以石墨烯作為透明導(dǎo)電電極的智能調(diào)光膜的制備方法，其特征在于:所述步驟I)中制備透明導(dǎo)電層時(shí)，采用多次轉(zhuǎn)移，增加石墨烯的層數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的以石墨烯作為透明導(dǎo)電電極的智能調(diào)光膜的制備方法，其特征在于:所述步驟4)中，根據(jù)需要，按照步驟4)的方法在上層或下層上分別制作多個(gè)電極引出結(jié)構(gòu)，并且當(dāng)位于同一邊時(shí)，使這些電極引出結(jié)構(gòu)相互錯(cuò)開。
【文檔編號(hào)】G02F1/13GK103760722SQ201410011014
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】趙文軍, 徐和平, 邱玉銳, 譚化兵, 李慧峰 申請(qǐng)人:無錫格菲電子薄膜科技有限公司