一種樹葉狀透明導(dǎo)電電極的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種樹葉狀透明導(dǎo)電電極的制備方法，包括以下步驟：(1)制作葉脈模板，將新鮮樹葉經(jīng)堿液浸泡、毛刷敲打后，去除葉肉留下完整葉脈，經(jīng)壓制后得到葉脈模板；(2)金屬薄膜沉積，在葉脈模板上沉積致密的金屬薄膜，制得葉脈金屬電極；(3)外層包裹聚二甲基硅氧烷PDMS，將葉脈透明導(dǎo)電電極利用PDMS進(jìn)行包裹封裝，制備獲得樹葉狀透明導(dǎo)電電極。該方法制備的葉脈透明導(dǎo)電電極工藝簡單、流程少、造價低廉；并采用了仿生技術(shù)，在宏觀及微觀上都復(fù)制了樹葉葉脈的結(jié)構(gòu)和形貌特征，因此具有很好的導(dǎo)電性和透光性，且具有很強(qiáng)的柔韌性和拉伸彈性，可進(jìn)行彎曲、折疊和拉伸，并具有一定的自修復(fù)能力。
【專利說明】一種樹葉狀透明導(dǎo)電電極的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于透明導(dǎo)電電極【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種樹葉狀透明導(dǎo)電電極的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自然界的創(chuàng)造力總是令人驚奇，自然界的生物體在億萬年的進(jìn)化過程中，為了適應(yīng)環(huán)境求得生存，其自身的結(jié)構(gòu)經(jīng)過不斷的磨合累積，形成了微觀復(fù)合、宏觀完美的結(jié)構(gòu)。其特殊的微觀結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的特性、良好的功能適應(yīng)性及快速愈合等功能都是人工材料所無法比擬的。其通過復(fù)雜結(jié)構(gòu)的精細(xì)組合，從而具有許多獨有的特點和最佳的綜合性能。道法自然，向自然界學(xué)習(xí)，采用仿生學(xué)原理，設(shè)計、合成并制備新型仿生材料，是近年快速崛起和發(fā)展的研究領(lǐng)域，并已成為材料、化學(xué)、物理、生物、納米技術(shù)、制造技術(shù)及信息技術(shù)等多學(xué)科交叉的前沿方向之一。
[0003]樹葉作為植物光合作用的重要載體，其本身在自然界中分布非常廣泛，樹葉一般是由葉脈、葉肉和表皮三部分組成，而它們又各有自己精細(xì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。葉脈貫穿其中，葉脈可分為主脈，側(cè)脈，細(xì)脈，稍脈等，細(xì)脈交錯分布，將葉片分為無數(shù)小塊，每一小塊都有細(xì)脈脈梢伸入，形成葉片內(nèi)的運輸通道，這些葉脈在葉面上形成的形狀又大致可三種脈序:網(wǎng)狀脈，分叉狀脈和平行脈。每種脈序又可以分出許多不同的種類，其在微觀上具有網(wǎng)狀多級層次結(jié)構(gòu)，可作為透明導(dǎo)電電極制備的理想模板。
[0004]一般來說，透明導(dǎo)電電極是指對入射光波長范圍在380nm到780nm之間的光譜的透射率大于80%、且電阻率低于10_3Ω.cm的薄膜電極。1907年Badeker首次報道半透明導(dǎo)電CdO材料,直到第二次世界大戰(zhàn)，透明導(dǎo)電薄膜(Transparent conductive film,TCF)材料才得到足夠的重視和應(yīng)用?，F(xiàn)在，TCF材料(例如ITO (Indium tin oxide)),TFO(fluorine-doped tin oxide))已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在平板顯示,節(jié)能玻璃和太陽能電池中。從物理角度看，物質(zhì)的透光性和導(dǎo)電性是一對基本矛盾。一種材料要具備良好的導(dǎo)電性，必須同時有較高的載流子濃度和較高的載流子遷移率，然而較高濃度的載流子會吸收光子而提高材料對光的吸收率而降低其透射率。從CdO到ΙΤ0，以及AZO (Al-doped ZnO);從金屬薄膜到聚合物薄膜；從單一組分到多元材料；對透明導(dǎo)電薄膜的研究一直圍繞這一矛盾展開。金屬氧化物，特別是ΙΤ0，在可見光區(qū)具有較高的光透過率和較低的電阻率，在過去50年來一直是透明導(dǎo)電電極研究和應(yīng)用的熱點。然而金屬氧化物用作太陽能電池電極本身導(dǎo)電性有限，且質(zhì)脆易碎，不易變形等缺陷，同時原料資源日益稀缺，價格昂貴。傳統(tǒng)電極的組成材料和制備工藝，例如晶體硅太陽能電池中的大尺寸銀漿柵線電極，其昂貴的絲網(wǎng)印刷、高溫退火工藝；薄膜太陽能電池中的金屬氧化物(例如ΙΤ0)電極與真空鍍膜工藝等，在一定程度上，提高了電池的成本，而且某些苛刻的工藝條件對電池的光電轉(zhuǎn)化效率和其它性能造成了一定的影響。因此，太陽能電池透明導(dǎo)電電極的新材料、新結(jié)構(gòu)以及新工藝的研究，是高效率低成本太陽能電池的重要研究方向。
[0005]近年來隨著微納米技術(shù)的發(fā)展，透明導(dǎo)電電極開拓的一個新領(lǐng)域是二維微納米新材料與結(jié)構(gòu)薄膜電極，例如高聚物導(dǎo)電薄膜，碳納米管膜，石墨烯膜以及納米金屬線膜。石墨烯薄膜本身特殊的形貌而具有很好的柔性，同時也具有很好的載流子遷移率，但量產(chǎn)技術(shù)尚未成熟；碳納米管薄膜需要較大長徑比，且碳管的均勻分散和碳管之間的歐姆電阻問題限制了薄膜的面內(nèi)導(dǎo)電性。透明導(dǎo)電薄膜除了優(yōu)良的導(dǎo)電性，還需要優(yōu)良的光透射率，光電導(dǎo)率之比(σ DC/ σ opt, σ DC決定電極面電阻，σ opt決定薄膜光透過率)很好的描述透明導(dǎo)電薄膜的光電性能。研究表明:一般碳納米管光電導(dǎo)率之比為6-14，石墨烯為?70，ITO為120-200，而納米金屬銀線電極具有215，由此可以看出納米銀線具有出色的導(dǎo)電性和光透射率。由于銀是電良導(dǎo)體，導(dǎo)電性好，因而微納米銀線用作電極材料可以降低能耗(相對于氧化物薄膜電極)。同時微納米銀線的粒徑小于可見光入射波長時，金屬微納米結(jié)構(gòu)的等離子效應(yīng)增強(qiáng)光透射率，使電極具有很好的光電性能，有利于提高電池器件的效率。同時微納米銀線電極適合柔性、大面積低成本生產(chǎn)。因而微納米銀線電極將成為現(xiàn)在ITO透明導(dǎo)電電極的有利替代者。
[0006]正是由于具有上述優(yōu)點和良好的應(yīng)用前景，微納米銀線電極近年來受到國內(nèi)外廣泛的關(guān)注。微納米銀線用作電極主要包括兩種方式，一是液相法大面積制備隨機(jī)納米銀線薄膜電極，該方式的重要問題在于調(diào)控納米銀線薄膜電極的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)納米銀線電極的光學(xué)透射率和導(dǎo)電性的協(xié)同提高難以實現(xiàn)。二是有序的網(wǎng)格電極，即在襯底表面通過絲網(wǎng)印刷、電子束、聚焦離子束刻蝕等技術(shù)獲得規(guī)則宏觀或微納米尺度柵線。其昂貴的制備方法(絲網(wǎng)印刷、離子束和電子束刻蝕等)也大幅地提高了生產(chǎn)成本。因此，如何低成本地制備具有優(yōu)異光電特性，良好導(dǎo)電性，及具備柔性和拉伸性能等優(yōu)異特征的微納米尺度透明導(dǎo)電電極成為該領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。同時透明導(dǎo)電電極也是觸摸屏、顯示器、有機(jī)光源等器件的關(guān)鍵部件，決定這些器件的性能。所以低成本制備微納米級金屬網(wǎng)格透明導(dǎo)電電極對光伏，觸摸屏等行業(yè)的有著重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種樹葉狀透明導(dǎo)電電極的制備方法，該方法制成的透明導(dǎo)電電極具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，較高的光透射率，較低的制作成本，且具備柔性，可彎曲、拉伸和折置。
[0008]本發(fā)明的上述目的是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:一種樹葉狀透明導(dǎo)電電極的制備方法，包括以下步驟:
[0009](I)制作葉脈模板選取樹葉，經(jīng)堿液浸泡、毛刷敲打、漂洗去除葉肉后留下完整葉脈，經(jīng)壓制后得到葉脈模板；
[0010](2)沉積金屬薄膜在葉脈模板上沉積金屬薄膜，形成葉脈金屬電極；
[0011](3)外層包裹聚二甲基硅氧烷PDMS將葉脈金屬電極利用聚二甲基硅氧烷PDMS進(jìn)行包裹封裝，制備獲得樹葉狀透明導(dǎo)電電極。
[0012]本發(fā)明的葉脈模板通過下述方法制備獲得:堿液浸泡:將樹葉浸泡在堿性溶液中，堿性溶液溫度為60?100°C，浸泡0.5?3h ;毛刷敲打:用毛刷均勻用力敲打樹葉，力度適中，避免傷及葉脈；漂洗去除葉肉:在去離子水中洗掉殘留的葉肉，如發(fā)現(xiàn)仍殘留有葉肉，重復(fù)浸泡和敲打過程；壓制:取出葉脈置于平整處，上面壓重物，提高葉脈模板的平整度，獲得葉脈模板。[0013]本發(fā)明所述樹葉優(yōu)選為白玉蘭的成熟期樹葉，新長出的嫩葉子的葉脈不夠強(qiáng)韌，容易被破壞。
[0014]所以，本發(fā)明步驟(I)中所述葉脈模板優(yōu)選通過下述方法制備獲得:堿液浸泡:將白玉蘭成熟期樹葉浸泡在堿性氫氧化鈉(NaOH)溶液中，堿性溶液質(zhì)量濃度優(yōu)選為0.05?0.2g/mL，溫度為60?100°C，浸泡0.5?3h ;毛刷敲打:用毛刷均勻用力敲打樹葉，力度適中，避免傷及葉脈；漂洗去除葉肉:在去離子水中洗掉殘留的葉肉，如發(fā)現(xiàn)仍殘留有葉肉，重復(fù)浸泡和敲打過程；壓制:取出葉脈置于平整處，上面壓重物，重物質(zhì)量約為2?10kg，以提高葉脈模板的平整度。
[0015]本發(fā)明步驟(I)中使用的堿性溶液優(yōu)選為氫氧化鈉(NaOH)溶液，其質(zhì)量濃度為
0.05 ?0.2g/mL。
[0016]本發(fā)明步驟(2)中優(yōu)選使用磁控濺射沉積金屬薄膜，磁控濺射時功率優(yōu)選為100?200W，磁控腔室內(nèi)溫度優(yōu)選為20?25°C，樣品表面溫度優(yōu)選為30?60°C。
[0017]由于磁控濺射樣品表面有一定的溫度，而葉脈主要由纖維素構(gòu)成，耐高溫能力較差，所以磁控濺射所使用的功率一般小于200W，如果功率過大，會使樣品表面溫度過高，影響樣品質(zhì)量；同樣功率不宜過低(不低于100W)，過低會導(dǎo)致膜層不夠致密，影響導(dǎo)電性能。一般來說，保持較長的鍍膜時間和較低功率沉積效果更好。鍍膜時間優(yōu)選為10?15分鐘。
[0018]本發(fā)明步驟⑵中金屬薄膜的厚度優(yōu)選為100?300nm。
[0019]本發(fā)明步驟(2中所述金屬薄膜中金屬優(yōu)選為銀、金、鋁、銅和鎳中的一種或幾種。其中，金屬銅和鋁可以部分或全部代替銀從而降低成本，而銀鎳合金可以調(diào)節(jié)功函數(shù)于一定值，使電極與器件得到良好的歐姆接觸。
[0020]本發(fā)明步驟(3)中所述聚二甲基娃氧燒PDMS優(yōu)選為Dow Corning (道康寧)公司的產(chǎn)品SYLGARD 184，道康寧SYLGARD184是由液體組分組成的雙組分套件產(chǎn)品，包括基本組分(base)與固化劑(curing agent)。
[0021]本發(fā)明步驟(3)中將電極樣品封裝包裹于PDMS(聚二甲基硅氧烷)中，具體過程是:將SYLGARD184的基本組分與固化劑按10:1?8:1的重量比進(jìn)行混合，并用玻璃棒緩慢攪拌5?10分鐘，將混合液放置于真空環(huán)境內(nèi)去除混入混合液內(nèi)的氣泡，由于氣泡會膨脹，為防止液體外溢，應(yīng)控制真空度緩慢下降，并且容器的容量至少是液體體積的4倍，采用25?29英寸汞柱的真空度可將混合物中夾雜的氣體清除，保持抽真空狀態(tài)直至混合液膨脹固定且無氣泡為止，該過程需要約15分鐘到2小時，與攪拌過程中混入的空氣量有關(guān)；在PET襯底上旋涂PDMS混合液，轉(zhuǎn)速為200?400r/min，將葉脈金屬電極樣品覆蓋在上面，在上面再旋涂一層PDMS混合液，轉(zhuǎn)速為200?400r/min，將樣品置于熱板上進(jìn)行加熱，讓PDMS固化，加熱溫度為70?150°C，固化時間為15?60min，固化時間與加熱溫度有關(guān)，PDMS完全固化后將其連同包裹在內(nèi)的葉脈金屬電極一起從PET襯底上剝離，從而得到柔軟有彈性的樹葉狀透明導(dǎo)電電極。
[0022]本發(fā)明的原理是:將葉肉從新鮮樹葉上去除從而得到完整的葉脈模板，通過鍍膜技術(shù)(熱蒸發(fā)，離子濺射，磁控濺射等)在葉脈模板上覆蓋一層金屬膜層，再將其封裝于PDMS內(nèi)，從而得到柔軟有彈性的樹葉狀透明導(dǎo)電電極。
[0023]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0024](I)采用仿生技術(shù)，植物在億萬年的進(jìn)化過程中，為了適應(yīng)環(huán)境求得生存，其自身的結(jié)構(gòu)經(jīng)過不斷的磨合累積，形成了微觀復(fù)合、宏觀完美的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明葉脈透明導(dǎo)電電極在宏觀及微觀上都復(fù)制了樹葉葉脈的結(jié)構(gòu)和形貌特征，因此具有很好的導(dǎo)電性和透光性；
[0025](2)柔軟有彈性，葉脈本身主要由纖維素構(gòu)成，聚二甲基硅氧烷PDMS也是可拉伸的彈性材料，因此本發(fā)明葉脈透明導(dǎo)電電極具有很強(qiáng)的柔韌性和拉伸彈性，可進(jìn)行折疊拉伸，并具有一定的自修復(fù)能力；
[0026](3)本發(fā)明樹葉狀透明導(dǎo)電電極的制備方法，其工藝簡單，流程少，造價低廉。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明提供的樹葉狀透明導(dǎo)電電極的制備流程圖，其中(I)表示新鮮樹葉:I表示葉脈，2表示葉肉，(2)表示用堿液腐蝕和敲打方法去除葉肉，制作葉脈模板，(3)表示去除葉肉后留下的完整葉脈，(4)表示沉積金屬薄膜，(5)表示表面覆蓋了致密金屬薄膜的樹葉葉脈電極，(6)表示PDMS包裹封裝，(7)表示包裹在PDMS里面的葉脈透明導(dǎo)電電極，電極樣品完成:3表不加熱固化后的PDMS ；
[0028]圖2是本發(fā)明實施例1-3中經(jīng)步驟(I)去除葉肉后樹葉葉脈的數(shù)碼照片，尺寸為:1.5X1.0cm ；
[0029]圖3為本發(fā)明實施例1中經(jīng)步驟(2)金屬薄膜沉積后形成的葉脈透明導(dǎo)電電極樣品的數(shù)碼照片，尺寸為:1.8X1.2cm;
[0030]圖4為本發(fā)明實施例1中經(jīng)步驟(2)金屬薄膜沉積后形成的葉脈透明導(dǎo)電電極樣品的SEM圖(放大30倍)；
[0031]圖5為本發(fā)明實施例1中經(jīng)步驟(2)金屬薄膜沉積后形成的葉脈透明導(dǎo)電電極樣品的SEM圖(放大4000倍)；
[0032]圖6為本發(fā)明實施例1中經(jīng)步驟(3)進(jìn)行PDMS包裹封裝后的樹葉狀透明導(dǎo)電電極樣品的數(shù)碼照片，尺寸為:4.2X1.5cm ；
[0033]圖7為本發(fā)明實施例1中經(jīng)步驟(2)金屬薄膜沉積后形成的葉脈透明導(dǎo)電電極樣品I的透射率；
[0034]圖8為本發(fā)明實施例1中經(jīng)步驟(2)金屬薄膜沉積后形成的葉脈透明導(dǎo)電電極樣品2的透射率；
【具體實施方式】
[0035]實施例1
[0036]本實施例提供了一種樹葉模板透明導(dǎo)電電極的制備方法，如圖1所示，其中(I)表示新鮮樹葉:1表示葉脈，2表示葉肉，(2)表示用堿液腐蝕和敲打方法去除葉肉，制作葉脈模板，(3)表示去除葉肉后留下的完整葉脈，(4)表示沉積金屬薄膜，(5)表示表面覆蓋了致密金屬薄膜的樹葉葉脈電極，(6)表示PDMS包裹封裝，(7)表示包裹在PDMS里面的葉脈透明導(dǎo)電電極，電極樣品完成:3表示加熱固化后的PDMS。其中如圖2、圖3和圖6所示。其包括三個主要步驟:一是制作葉脈模板，二是用鍍膜技術(shù)在葉脈模板上沉積金屬薄膜，三是用PDMS進(jìn)行包裹封裝，獲得葉脈透明導(dǎo)電電極樣品。
[0037]各步驟的詳細(xì)過程如下:
[0038](一)制作葉脈模板[0039]浸泡:采摘新鮮的白玉蘭樹成熟期葉片，浸泡在堿性氫氧化鈉(NaOH)溶液中，溶液質(zhì)量濃度為0.05?0.2g/mL，溫度為60?100°C，浸泡0.5?3h ;敲打:用毛刷均勻用力敲打樹葉，力度適中，避免傷及葉脈；漂洗:在去離子水中洗掉殘留的葉肉，如發(fā)現(xiàn)仍殘留有葉肉，重復(fù)浸泡和敲打過程；壓制:取出葉脈置于平整處，上面壓重物，重物質(zhì)量為2?IOkg,以提高葉脈模板的平整度。
[0040]制作的葉脈模板如圖2所示。
[0041 ] (二)磁控濺射法沉積金屬或合金薄膜
[0042]沉積的金屬或者合金薄膜厚度為80?120nm。本實施例采用的金屬優(yōu)選為銀，但除了銀之外的其它金屬比如銅、鋁以及銀鎳合金等也是可以的，調(diào)節(jié)磁控濺射功率為150?200W，腔內(nèi)溫度為20?30°C，樣品表面溫度為30?50°C。
[0043]沉積銀薄膜后形成的葉脈透明導(dǎo)電電極樣品如圖3所示。
[0044]沉積銀薄膜后形成的葉脈透明導(dǎo)電電極樣品放大30倍的SEM圖如圖4所示。
[0045]沉積銀薄膜后形成的葉脈透明導(dǎo)電電極樣品放大4000倍的SEM圖如圖5所示。
[0046](三)用PDMS對葉脈透明導(dǎo)電電極樣品進(jìn)行包裹封裝
[0047]本實施例采用的PDMS優(yōu)選為Dow Corning (道康寧)公司的產(chǎn)品SYLGARD184，道康寧SYLGARD184是由液體組分組成的雙組分套件產(chǎn)品，包括基本組分(base)與固化劑(curing agent)。將基本組分與固化劑按10:1?8:1的重量比進(jìn)行混合,并用玻璃棒緩慢攪拌5?10分鐘。將混合液放置于真空環(huán)境內(nèi)去除混入混合液內(nèi)的氣泡，由于氣泡會膨脹，為防止液體外溢，應(yīng)控制真空度緩慢地下降，并且容器的容量至少是液體體積的4倍。采用25?29英寸汞柱的真空度可將混合物中夾雜的氣體清除。保持抽真空狀態(tài)直至混合液膨脹固定且無氣泡為止。該過程需要約15分鐘到2小時，與攪拌過程中混入的空氣量有關(guān)。在PET襯底上旋涂PDMS混合液，轉(zhuǎn)速為200?400r/min，將葉脈電極樣品覆蓋在上面，在上面再旋涂一層PDMS混合液，轉(zhuǎn)速為200?400r/min。將樣品置于熱板上進(jìn)行加熱，讓I3DMS固化。溫度為70?150°C，固化時間為15?60min，固化時間與溫度有關(guān)。PDMS完全固化后將其連同包裹在內(nèi)的葉脈電極一起從PET襯底上剝離，從而得到柔軟有彈性的葉脈透明導(dǎo)電電極。
[0048]PDMS包裹完成的葉脈透明導(dǎo)電電極樣品如圖6中所示，樣品I的透射率如圖7所示(隨機(jī)選擇3個區(qū)域進(jìn)行測定)，樣品2的透射率如圖8所示(隨機(jī)選擇3個區(qū)域進(jìn)行測定)O
[0049]與其他透明導(dǎo)電電極相比，本實施例中的葉脈透明導(dǎo)電電極工藝簡單，流程少，造價低廉。同時導(dǎo)電性良好，透射率高，具備柔性，可彎曲、拉伸和折疊。如圖7和8所示，本發(fā)明制備的葉脈透明導(dǎo)電電極具有較高的透射率，尤其是在可見光波段本實施例的電極樣品1，樣品2的透射率均高于85%。制成的該電極樣品I的方阻約為2.ΙΩ/sq,電極樣品的方阻約為1.8 Ω/sq，具有較好的導(dǎo)電性能。
[0050]實施例2
[0051]本實施例提供的是一種樹葉模板透明導(dǎo)電電極的制備方法，如圖1所示，其中(I)表示新鮮樹葉:1表示葉脈，2表示葉肉，(2)表示用堿液腐蝕和敲打方法去除葉肉，制作葉脈模板，(3)表示去除葉肉后留下的完整葉脈，(4)表示沉積金屬薄膜，(5)表示表面覆蓋了致密金屬薄膜的樹葉葉脈電極，(6)表示PDMS包裹封裝，(7)表示包裹在PDMS里面的葉脈透明導(dǎo)電電極，電極樣品完成:3表示加熱固化后的PDMS。如圖2所示。其包括三個主要步驟:一是制作葉脈模板，二是用鍍膜技術(shù)在葉脈模板上沉積金屬薄膜，三是用PDMS進(jìn)行包裹封裝，獲得葉脈透明導(dǎo)電電極樣品。
[0052]各步驟的詳細(xì)過程如下:
[0053](一)制作葉脈模板
[0054]浸泡:采摘新鮮的白玉蘭樹成熟期葉片,浸泡在堿性氫氧化鉀(KOH)溶液中，溶液質(zhì)量濃度為0.05?0.2g/mL，溫度為60?100°C，浸泡0.5?3h ;敲打:用毛刷均勻用力敲打樹葉，力度適中，避免傷及葉脈；漂洗:在去離子水中洗掉殘留的葉肉，如發(fā)現(xiàn)仍殘留有葉肉，重復(fù)浸泡和敲打過程；壓制:取出葉脈置于平整處，上面壓重物，重物質(zhì)量為2?IOkg,以提高葉脈模板的平整度。
[0055]制作的葉脈模板如圖2所示。
[0056]( 二)磁控濺射法沉積金屬或合金薄膜
[0057]沉積的金屬或者合金薄膜厚度為80?120nm。本實施例采用的金屬優(yōu)選為銅，調(diào)節(jié)磁控濺射功率為150?200W，腔內(nèi)溫度為20?30°C，樣品表面溫度為30?50°C。
[0058](三)用PDMS對葉脈透明導(dǎo)電電極樣品進(jìn)行包裹封裝
[0059]本實施例采用的PDMS優(yōu)選為Dow Corning (道康寧)公司的產(chǎn)品SYLGARD184，道康寧SYLGARD184是由液體組分組成的雙組分套件產(chǎn)品，包括基本組分(base)與固化劑(curing agent)。將基本組分與固化劑按10:1?8:1的重量比進(jìn)行混合,并用玻璃棒緩慢攪拌5?10分鐘。將混合液放置于真空環(huán)境內(nèi)去除混入混合液內(nèi)的氣泡，由于氣泡會膨脹，為防止液體外溢，應(yīng)控制真空度緩慢地下降，并且容器的容量至少是液體體積的4倍。采用25?29英寸汞柱的真空度可將混合物中夾雜的氣體清除。保持抽真空狀態(tài)直至混合液膨脹固定且無氣泡為止。該過程需要約15分鐘到2小時，與攪拌過程中混入的空氣量有關(guān)。在PET襯底上旋涂PDMS混合液，轉(zhuǎn)速為200?400r/min，將葉脈電極樣品覆蓋在上面，在上面再旋涂一層PDMS混合液，轉(zhuǎn)速為200?400r/min。將樣品置于熱板上進(jìn)行加熱，讓PDMS固化。溫度為70?150°C，固化時間為15?60min，固化時間與溫度有關(guān)。PDMS完全固化后將其連同包裹在內(nèi)的葉脈電極一起從PET襯底上剝離，從而得到柔軟有彈性的葉脈透明導(dǎo)電電極。
[0060]與其他透明導(dǎo)電電極相比，本實施例中的葉脈透明導(dǎo)電電極工藝簡單，流程少，造價低廉。同時導(dǎo)電性良好,方阻約為I?2Q/sq，透射率約為85%?90%，具備柔性，可彎曲、拉伸和折疊。本發(fā)明制備的葉脈透明導(dǎo)電電極具有較高的透射率，尤其是在可見光波段。
[0061]實施例3
[0062]本實施例提供的是一種樹葉模板透明導(dǎo)電電極的制備方法，如圖1所示，其中(I)表示新鮮樹葉:1表示葉脈，2表示葉肉，(2)表示用堿液腐蝕和敲打方法去除葉肉，制作葉脈模板，(3)表示去除葉肉后留下的完整葉脈，(4)表示沉積金屬薄膜，(5)表示表面覆蓋了致密金屬薄膜的樹葉葉脈電極，(6)表示PDMS包裹封裝，(7)表示包裹在PDMS里面的葉脈透明導(dǎo)電電極，電極樣品完成:3表示加熱固化后的PDMS。其中如圖2所示。其包括三個主要步驟:一是制作葉脈模板，二是用鍍膜技術(shù)在葉脈模板上沉積金屬薄膜，三是用PDMS進(jìn)行包裹封裝，獲得葉脈透明導(dǎo)電電極樣品。
[0063]各步驟的詳細(xì)過程如下:[0064](一)制作葉脈模板
[0065]浸泡:采摘新鮮的白玉蘭樹成熟期葉片，浸泡在堿性氫氧化鈉(NaOH)溶液中，溶液質(zhì)量濃度為0.05?0.2g/mL，溫度為60?100°C，浸泡0.5?3h ;敲打:用毛刷均勻用力敲打樹葉，力度適中，避免傷及葉脈；漂洗:在去離子水中洗掉殘留的葉肉，如發(fā)現(xiàn)仍殘留有葉肉，重復(fù)浸泡和敲打過程；壓制:取出葉脈置于平整處，上面壓重物，重物質(zhì)量為2?IOkg,以提高葉脈模板的平整度。
[0066]制作的葉脈模板如圖2所示。
[0067]( 二)磁控濺射法沉積金屬或合金薄膜
[0068]沉積的金屬或者合金薄膜厚度為80?120nm。本實施例采用的金屬優(yōu)選為鋁，調(diào)節(jié)磁控濺射功率為150?200W，腔內(nèi)溫度為20?30°C，樣品表面溫度為30?50°C。
[0069](三)用PDMS對葉脈透明導(dǎo)電電極樣品進(jìn)行包裹封裝
[0070]本實施例采用的PDMS優(yōu)選為Dow Corning (道康寧)公司的產(chǎn)品SYLGARD184，道康寧SYLGARD184是由液體組分組成的雙組分套件產(chǎn)品，包括基本組分(base)與固化劑(curing agent)。將基本組分與固化劑按10:1?8:1的重量比進(jìn)行混合,并用玻璃棒緩慢攪拌5?10分鐘。將混合液放置于真空環(huán)境內(nèi)去除混入混合液內(nèi)的氣泡，由于氣泡會膨脹，為防止液體外溢，應(yīng)控制真空度緩慢地下降，并且容器的容量至少是液體體積的4倍。采用25?29英寸汞柱的真空度可將混合物中夾雜的氣體清除。保持抽真空狀態(tài)直至混合液膨脹固定且無氣泡為止。該過程需要約15分鐘到2小時，與攪拌過程中混入的空氣量有關(guān)。在PET襯底上旋涂PDMS混合液，轉(zhuǎn)速為200?400r/min，將葉脈電極樣品覆蓋在上面，在上面再旋涂一層PDMS混合液，轉(zhuǎn)速為200?400r/min。將樣品置于熱板上進(jìn)行加熱，讓PDMS固化。溫度為70?150°C，固化時間為15?60min，固化時間與溫度有關(guān)。PDMS完全固化后將其連同包裹在內(nèi)的葉脈電極一起從PET襯底上剝離，從而得到柔軟有彈性的葉脈透明導(dǎo)電電極。
[0071 ] 與其他透明導(dǎo)電電極相比，本實施例中的葉脈透明導(dǎo)電電極工藝簡單，流程少，造價低廉。同時導(dǎo)電性良好方阻約為I?2Q/sq，透射率約為85%?90%，具備柔性，可彎曲、拉伸和折疊。本發(fā)明制備的葉脈透明導(dǎo)電電極具有較高的透射率，尤其是在可見光波段。
[0072]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，例如選用不同種類植物的葉片制作葉脈模板，使用其他類型的鍍膜技術(shù)，沉積不同種類的金屬或非金屬導(dǎo)電物質(zhì)等，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種樹葉狀透明導(dǎo)電電極的制備方法，其特征是:包括以下步驟: (1)制作葉脈模板選取樹葉，經(jīng)堿液浸泡、毛刷敲打、漂洗去除葉肉后留下完整葉脈，經(jīng)壓制后得到葉脈模板； (2)沉積金屬薄膜在葉脈模板上沉積金屬薄膜，形成葉脈金屬電極； (3)外層包裹聚二甲基硅氧烷PDMS將葉脈金屬電極利用聚二甲基硅氧烷PDMS進(jìn)行包裹封裝，制備獲得樹葉狀透明導(dǎo)電電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹葉狀透明導(dǎo)電電極的制備方法，其特征是:步驟(I)中所述葉脈模板的具體制備過程是:堿液浸泡:將新鮮樹葉浸泡在堿性溶液中，堿性溶液溫度為60?100°C，浸泡時間為0.5?3h ;毛刷敲打:用毛刷均勻用力敲打樹葉；漂洗:在去離子水中洗掉殘留的葉肉，如發(fā)現(xiàn)仍殘留有葉肉，重復(fù)浸泡和敲打過程；壓制:將葉脈放置于平整處，用重物壓制，獲得葉脈模板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的樹葉狀透明導(dǎo)電電極的制備方法，其特征是:所述的堿性溶液為氫氧化鈉、氫氧化鉀或碳酸鈉堿性水溶液，其質(zhì)量濃度為0.05?0.2g/mL。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹葉狀透明導(dǎo)電電極的制備方法，其特征是:步驟(2)中沉積金屬薄膜所使用的鍍膜方法為磁控濺射，磁控濺射的功率為100?200w，磁控腔室內(nèi)溫度為20?25°C，樣品表面溫度為30?60°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹葉狀透明導(dǎo)電電極的制備方法，其特征是:步驟(3)中所述的聚二甲基硅氧烷PDMS為Dow Corning (道康寧)公司的產(chǎn)品SYLGARD184，道康寧SYLGARD184是由液體組分組成的雙組分套件產(chǎn)品，包括基本組分與固化劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的樹葉狀透明導(dǎo)電電極的制備方法，其特征是:步驟(3)中將電極樣品封裝包裹于聚二甲基硅氧烷PDMS中，具體過程是:將基本組分與固化劑按10:1?8:1的重量比進(jìn)行混合，并用玻璃棒緩慢攪拌5?10分鐘，得混合液，將混合液放置于真空環(huán)境內(nèi)15分鐘到2小時去除混入混合液內(nèi)的氣泡，在PET襯底上旋涂PDMS混合液，轉(zhuǎn)速為200?400r/min，將葉脈電極樣品覆蓋在上面，在葉脈金屬電極樣品上旋涂一層PDMS混合液，轉(zhuǎn)速為200?400r/min，將樣品置于熱板上進(jìn)行加熱，讓PDMS固化，加熱溫度為70?150°C，固化時間為15?60min，待PDMS完全固化后將其連同包裹在內(nèi)的葉脈金屬電極一起從PET襯底上剝離，從而得到柔軟有彈性的樹葉狀透明導(dǎo)電電極。
【文檔編號】C23C14/35GK103606418SQ201310498640
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】高進(jìn)偉, 黃苑林, 韓兵 申請人:華南師范大學(xué)