帶有融合金屬納米線的透明導電電極、它們的結構設計及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種具有融合金屬納米線的透明導電電極及其制造方法。所述融合納米線的接合點的結深度小于單個金屬納米線的直徑之和。
【專利說明】帶有融合金屬納米線的透明導電電極、它們的結構設計及其制造方法
【技術領域】
[0001]本專利申請大體上涉及透明電極的結構及其制造方法的【技術領域】，尤其涉及制備金屬納米線網(wǎng)絡中具有融合接合點的透明電極的【技術領域】。
【背景技術】
[0002]銦錫氧化物(ΙΤ0)作為一種傳統(tǒng)的透明電極的透明導電體已經(jīng)被廣泛應用在科研領域，但是它在大規(guī)模生產(chǎn)工藝中存在很多缺點。首先，為了制作電極，ITO是被真空沉積在基材上，但是該真空沉積工藝比較昂貴且產(chǎn)量低。其次，在大多數(shù)的應用中，為了確保電氣性能，ITO的厚度需要達到150納米或更厚，然而在這樣的厚度下，ITO薄膜會變脆從而使之不適合于需要大面積或柔性基板的應用中。再次，為了實現(xiàn)良好的導電性和清晰度，ITO薄膜需要在高溫下進行退火處理，最好是超過20(TC，從而限制了其在諸如玻璃等耐高溫基材上的應用。由于聚合物的軟化點比較低，大多數(shù)基于聚合物的ITO薄膜不能同時經(jīng)受為了實現(xiàn)高導電性和透明性的退火溫度。因此，隨著電光應用擴展到例如三維顯示和太陽能電池等更新穎和奇特的功能，有必要設計出一種光電性能優(yōu)于或者能夠與ITO媲美的替代性的透明電極，但是該透明電極適合大面積柔性基板且可以通過廉價高產(chǎn)的方式進行制造。
[0003]因為其制造成本低、適合量產(chǎn)且導電性和透明性等性能優(yōu)良，包含可印刷金屬納米線的透明導電電極已經(jīng)被成功的證明是一種替代產(chǎn)品。
[0004]然而，網(wǎng)絡化的金屬納米線，其整個薄膜具有均勻的導電性，與ITO薄膜是不同的。網(wǎng)絡化的金屬納米線的電極具有多個金屬納米線，包含金屬納米線鋪設在彼此的頂部上或者相互交叉的區(qū)域。研究發(fā)現(xiàn)，減少金屬納米線的接合點能夠顯著降低導電膜的薄層電阻。
[0005]通常，當兩個納米線疊加在一起時就會產(chǎn)生交叉。其高度等于兩個納米線的組合高度，即直徑。例如，導電金屬納米線網(wǎng)絡包含直徑為dl的第一金屬納米線和直徑為d2的第二金屬納米線，那么在所述金屬納米線的網(wǎng)絡中，第一和第二金屬納米線交叉而形成接合點，且接合點高度(J12)等于dl + d2。在圖5所示的另一實例中，導電電極包括多個金屬納米線，網(wǎng)狀金屬納米線包括直徑為dl的第一金屬納米線、直徑為d2的第二金屬納米線、以及直徑為d3的第三金屬納米線。在金屬納米線網(wǎng)絡中，第一、第二和第三金屬納米線交叉形成接合點，且該接合點高度J13等于每個金屬納米線的高度(即直徑)之和，S卩，J13 = dl+ d2 + d3。如圖1所示,第一、第二和第三金屬納米線都具有相同的直徑(dl = d2 = d3 = d),那么接合點高度J13其實就等于3d。
[0006]研究發(fā)現(xiàn)，為了減小薄層電阻，單獨的高溫退火是不能有效的熔化金屬納米線接合點。例如，在150-200°C的工藝條件下對干膜進行退火，不會改變已經(jīng)形成的接合點，導電薄膜的薄層電阻仍高達1000歐姆以上。
[0007]正如碳納米管【技術領域】中已經(jīng)教導的那樣，采用一個導電聚合物將兩個線粘貼起來；或者正如坎布利歐(Cambrios)的美國專利公開20110285019和美國專利8049333中教導的那樣，采用高壓來壓扁接合點，對改變納米線接合點都已被證明是有效的。在美國專利公開20110285019和美國專利8049333中，除了高溫退火，采用諸如高壓力等外部宏觀力來壓平接合點，以實現(xiàn)降低薄層電阻。然而，該方法存在很多缺陷。首先，由于納米線很容易受到損害，例如在高溫和高壓下產(chǎn)生的物理變形和/或熱氧化。其次，所利用的外力不僅僅按壓在金屬納米線結合點上，也按壓在整個薄膜上。考慮到納米線的微小尺寸，它需要非常光滑和平坦的襯底表面，以確保所施加的力作用在接合點上。否則，很可能出現(xiàn)除了接合點之外，其他納米線的長度也被按壓變形或壓扁，從而造成不必要的穩(wěn)定性問題。
[0008]鑒于上述情況，有必要發(fā)明出一種在交叉點來連接納米線更好的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明揭示了一種透明導電電極，其包括基板以及位于所述基板上的基本單層。所述單層包括直徑為dl的第一金屬納米線和直徑為d2的第二金屬納米線。其中，所述第一和第二金屬納米線相交形成一個融合接合點。該接合點的深度為J12，其中，J12〈(dl+d2)，J12 >dl 且 J12>d2。
[0010]本發(fā)明還揭示了一種透明導電電極的制造方法，所述透明導電電極包括在網(wǎng)絡中的多個金屬納米線，所述網(wǎng)絡包括融合的金屬納米線接合點，該制造方法包括如下步驟:
提供一個基板；和
在所述基板上形成一個包含金屬納米線網(wǎng)絡的基本單層；以及 在相鄰的金屬納米線之間形成若干融合的金屬納米線接合點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]為了更清楚的理解本發(fā)明的實施例，以下結合附圖進行詳細描述，其中:
圖1是一根金屬納米線的剖面示意圖；
圖2是一個例子中兩根金屬納米線相交所形成的剖面示意圖；
圖3是現(xiàn)有技術的一個例子中兩根金屬納米線相交所形成扁平剖面的剖面示意圖；
圖4a至圖4b是本發(fā)明的一個例子中兩根金屬納米線相交所形成融合接合點的剖面示意圖；
圖5是一種導電透明電極的剖面的掃描式電子顯微鏡(SEM)圖像，其中三根金屬納米線一個布置在另一個的頂部；
圖6顯示了一種經(jīng)過壓力處理之后導電層的SEM圖像，其中交叉點具有一個類似現(xiàn)有技術中的扁平橫截面；
圖7顯示了一種導電層的SEM圖像，其具有融合接合點的金屬納米線，其中接合點的深度小于單獨兩根金屬納米線的直徑之和。
【具體實施方式】
[0012]在下文中，透明導電電極的選定實施例將參照附圖進行描述。本領域技術人員可以理解，下面的描述僅是示范目的，而不應被解釋為對本發(fā)明的限制。本揭示內(nèi)容范圍內(nèi)的其它變化也是適用的。
[0013]“可選的”或“可選地”是指隨后描述的情況可能發(fā)生或可能不發(fā)生，因此無論該情形發(fā)生的情況和該情形沒有發(fā)生的情況均被包含在該描述中。
[0014]在本發(fā)明的范圍內(nèi)，在某些情況下，“頂部”是指位于在一個圖形或一個堆疊中的最高位置?！案┮晥D”是指觀察者從上往下看到的內(nèi)容。在某些情況下，底部電極是指其它裝置建立在它的上面，而頂部電極是指位于堆疊裝置頂部的電極。
[0015]單層
在本發(fā)明的一個實施例中，透明導電電極(TCE)包括一個基板和一個具有納米線的單一導電層?？蛇x地，所述導電層還包括擴散導電材料，例如ΙΤ0?？蛇x地，所述導電層還包括一個基質(zhì)，它包括導電聚合物或不導電聚合物?！盎|(zhì)”是指金屬納米線分散在或者嵌入在其中的一種固態(tài)材料。部分納米線可以凸出基質(zhì)材料，以允許進入該導電網(wǎng)絡。該基質(zhì)可以是為了金屬納米線的一臺主機，并提供了所述導電層的物理形式。所述基質(zhì)可以保護金屬納米線抵抗環(huán)境因素的不利影響，例如腐蝕和磨損。此外，所述基質(zhì)可以提供具備良好的物理和機械性能的導電層。例如，它可以提供對所述基板的附著力。在一個實施例中，所述基質(zhì)是有機材料，它提供了一種柔性基質(zhì)，與聚合物基板相容。在另一個實施例中，所述基質(zhì)是與玻璃基板更相容的金屬氧化膜。所述基質(zhì)可以是折射率匹配層。所述基質(zhì)可以提供抗反射和防眩光性能的透明導電電極。
[0016]本說明書中所使用的“單層”或“主要單層”一般是指小于150納米，也就是約三納米線的厚度。更通常地，“單層”或“主要單層”一般是指小于100納米，也就是約雙納米線的厚度。優(yōu)選地，“單層”或“主要單層”通常是指50納米或更小，也就是約一納米線的厚度。在各種實施例中，納米線的寬度或直徑是在10納米至40納米，20納米至40納米，5納米至20納米，10納米至30納米,40納米至60納米,50納米至70納米的范圍內(nèi)。
[0017]納米線
在本發(fā)明的實施方式中，納米線呈圓筒狀，具有如圖1所示的直徑d和長度L。納米線的長高比為L/d。納米線的合適的長高比為10至100000。在一個優(yōu)選的實施例中，所述納米線的長高比大于1000，以便提供一個透明導電膜。因為納米線越長和越薄越能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的導電網(wǎng)絡，同時能夠以較低整體密度的導線獲得較高的透明性。
[0018]金屬納米導線
正如本領域中已知的那樣，導電納米線包括金屬納米線和非金屬納米線。一般而言，“金屬納米線”是指一種金屬絲，包括金屬元素和金屬合金?！胺墙饘偌{米線”包括，例如，碳納米管(CNT)，導電聚合物纖維等等。
[0019]在本發(fā)明的實施方式中，金屬納米線是指基本上是金屬元素和金屬合金?？蛇x地，所述金屬納米線可具有少于5-10% (按摩爾計)的金屬氧化物。作為納米線合成的雜質(zhì)或缺陷的金屬氧化物可以存在于金屬納米線的殼或芯中。
[0020]在本發(fā)明的實施方式中，金屬氧化物納米線是指在納米線基本上是金屬氧化物?？蛇x地，由于不完全氧化或任何其他原因，所述金屬氧化物納米線可具有小于5-10% (按摩爾計)的金屬元素。
[0021]在本發(fā)明的實施方式中，混合納米線是指金屬/金屬氧化物納米線，其中所述納米線具有同時作為主要成分的金屬元素和金屬氧化物。金屬/金屬氧化物的混合納米線可以包括40% (摩爾百分比)的金屬氧化物和60% (摩爾百分比)金屬元素。金屬/金屬氧化物的混合納米線可以包括60% (摩爾百分比)的金屬氧化物和40% (摩爾百分比)金屬元素。
[0022]金屬納米線的導電性
一種單一的金屬納米線必須在兩個不同的電性終端之間延伸，以形成從一個終端到另一個終端的導電路徑。術語“終端”包括陰極、或陽極、或任何其它電性連接的起點和終點。通常地，金屬納米線越長，導電路徑就越長；導電電極的導電性越好，其薄層電阻就越低。在一個給定區(qū)域中的金屬納米線越多，所述導電電極的薄層電阻就越低。為了同時實現(xiàn)高導電性的電極和高度透明的薄膜，所述金屬納米線優(yōu)選的是細長形的。
[0023]然而，制造具有超長和超薄的導電膜不僅實驗上具有挑戰(zhàn)性，而且可能會導致薄膜較脆。在本發(fā)明電極的導電層中，多根金屬納米線的導電層形成一個網(wǎng)絡。在該網(wǎng)絡中，一個納米線可以通過纏繞的方式或者松散地穿過而與相鄰的納米線相關聯(lián)。當一個納米線以接近的方式與另一個納米線相關聯(lián)時，電荷可能或者不能從一個納米線跳躍到另一個納米線。而在所述網(wǎng)絡中，一個納米線可以通過相交叉而連接到相鄰的納米線。當一個納米線連接到另一個納米線時，就形成了接合點并且使這些納米線的導電路徑相互連通。
[0024]立體交叉接合點，扁平接合點對比融合接合點
圖2和圖5顯示出了立體交叉接合點的例子。圖3至圖4b以及圖7顯示了融合接合點的例子。圖6是美國專利公開20110285019在SEM圖像下所顯示的扁平接合點。
[0025]圖2至圖4b示意性地顯示了金屬納米線連接接合點的三個例子。圖2顯示的第一種連接接合點是一個立體交叉接合點，其中一個納米線鋪設在其他納米線之上，且這兩個納米線之間沒有空隙或基質(zhì)材料。這兩個納米線在交界處形成了一個靠近界面，但是大部分的金屬納米線基本上還是彼此分離的。圖3顯示的第二種連接接合點是一個扁平接合點，其中兩個納米線之間的交叉點是平的。圖4a和圖4b顯示的第三連接接合點是一種融合接合點，其中一個納米線與另一個納米線相交叉，納米線的至少一部分被融合到對方。
[0026]本發(fā)明涉及一種導電電極，其包括一個基板和一個基本上的單一導電層。所述導電層包括通過網(wǎng)絡連接在一起的多根金屬納米線。這些金屬納米線彼此通過多個不同的連接點相互連接在一起，從而形成從一個終端到另一個終端的導電路徑。這些納米線包括通過網(wǎng)絡連接在一起的第一納米線和第二納米線。在所述導電納米線網(wǎng)絡中，所述第一納米線與第二納米線是相關聯(lián)的。在所述導電納米線網(wǎng)絡中，所述第一納米線與第二納米線是相連接的。當所述第一納米線被連接到所述第二納米線時，它們的導電路徑也就被連接，熔融或融合在一起。所述第一納米線的直徑為dl。所述第二納米線的直徑為d2。交界處的接合點的高度是J12，也就是從一個納米線的外部邊界到其他納米線的外部邊界的距離是J12。在所述網(wǎng)絡中，當所述第一納米線與所述第二納米線是相關聯(lián)時，J12的值大于單個納米線直徑之和(dl + d2)。在所述網(wǎng)絡中，當所述第一納米線與所述第二納米線相連接時，J12的值等于或大于單個納米線的直徑，但是小于單個納米線直徑之和(dl+d2)。
[0027]美國專利公開20110285019和美國專利8049333揭示了平坦的或扁平的交叉點。通過對接合點或交叉點進行加壓或者高溫使之扁平化，以減少電極的薄層電阻。按照美國專利公開20110285019和美國專利8049333所揭示的內(nèi)容，該交叉點或者兩個納米線的交叉接合點必須通過壓力擠壓，使金屬納米線發(fā)生宏觀物理變形，最終得到平坦的交叉點。
[0028]另外，美國專利公開20110285019和美國專利8049333所揭示的方法中，通過一根滾軸對所述透明導電電極進行滾軋從而壓扁所述接合點，要受到基板表面粗糙度的支配。使用外部壓力來壓平所述接合點，該壓力會被壓輥和基板的表面粗糙度相抵消，且兩個表面之間的共形接觸是難以控制的。
[0029]與此相反，本發(fā)明提出了通過具有融合接合點的納米線來獲得低薄層電阻的電極，其中所述融合接合點不需要變形/平坦表面。另外，無需施加壓力就能將一個納米線融合到另一個納米線中。
[0030]本發(fā)明還揭示了一種制造透明導電電極的方法，其包括提供一個基板；和在所述基板上形成一個包含金屬納米線網(wǎng)絡的主要單層；以及在相鄰的金屬納米線之間形成若干融合的金屬納米線接合點。
[0031]在相鄰的金屬納米線之間形成融合金屬納米線接合點的方法包括，在圓柱形曲率處液相燒結兩個納米線。
[0032]在相鄰的金屬納米線之間形成融合金屬納米線接合點的方法還包括在接合彎曲處，通過連續(xù)溶解和在納米線交叉點再沉淀銀原子的方式來仔細控制干燥空氣，表面張力和毛細壓力。
[0033]本發(fā)明的方法利用了顆粒間的作用力，這比諸如用以壓扁所述金屬納米線的高壓軋輥等宏觀力，來得更加顯著，數(shù)量級更高，更為有效。此外，微觀力僅僅集中作用在交叉點/交換點上，且完全獨立于所述基板的曲率或所述基板的表面粗糙度。
[0034]在本發(fā)明的一個實施例中，形成融合納米線接合點的方法步驟包括:在第一溶劑中制備包含金屬納米線的油墨溶液；在所述基板上形成具有交叉點的金屬納米線網(wǎng)絡；干燥去除所述第一溶劑以形成納米線薄膜；將所述納米線薄膜放置在充滿第二溶劑的空氣中；在所述交叉點上，控制所述金屬納米線的連續(xù)溶解和再沉淀過程，并且烘干所述納米線薄膜以形成導電薄膜。在一個實施例中，所述第一溶劑和第二溶劑是相同的溶劑。在另一實例中，所述第二溶劑是兩種溶劑的混合。
[0035]在本發(fā)明的另一實施例中，形成融合納米線接合點的方法步驟包括:在第一溶劑中制備包含金屬納米線的油墨溶液；在所述基板上形成具有交叉點的金屬納米線網(wǎng)絡；通過在第一溫度下降低第一溶劑的蒸發(fā)速率以形成融合的金屬納米線接合點；在第二溫度下對具有融合的金屬納米線接合點的薄膜進行退火。
[0036]涂布方法
正如本說明書中所指出的那樣，所述透明導體可以由很多方法來制備，例如，片材涂布、網(wǎng)狀涂布、印刷和層壓。片材涂布適用于在任何基板上，尤其是硬質(zhì)基板上，涂覆一層導電層。網(wǎng)狀涂布已經(jīng)被應用在紡織和造紙工業(yè)的高速(高通量)涂布中。它與透明導體制造中的沉積(涂布)過程相兼容。網(wǎng)狀涂布使用常規(guī)設備和可以完全自動化，從而大大降低了制造透明導體的成本。特別是，網(wǎng)狀涂布能夠在柔性基板上產(chǎn)生均勻的和可再生的導電層。工藝步驟能夠在一個完全整合的生產(chǎn)線或者作為獨立的操控連續(xù)運行。美國專利公開20110285019中揭示的濕涂布技術和程序的進一步的細節(jié)也可以在本發(fā)明中采用。
[0037]可選地，包含交叉點的所述第一金屬納米線網(wǎng)絡，除了濕涂布技術之外，也可以通過其他方法被沉積到基板上；并且通過控制對交叉點或者接合點的溶解和再沉淀過程，可以基于空氣，在所述溶劑中形成所述融合接合點。
[0038]納米線的尺寸
在本發(fā)明的實施方式中，在一個示例中，所述網(wǎng)絡中或在所述融合接合點中的金屬納米線具有大致相同的直徑。因此，在第一和第二納米線的直徑分別為dl和d2的情況下，第一和第二納米線之間的融合接合點的高度J12〈2dl=2d2。
[0039]誘明度
當所述網(wǎng)狀金屬納米線的主要單層具有優(yōu)選的厚度時，所述透明導電電極具有優(yōu)異的光學透明度。在一個實例中，所述透明導電電極具有至少大于80%的光透射率在400納米-1000納米的波長范圍內(nèi)。在一個優(yōu)選實施例中，所述透明導電電極具有至少大于90 %的光透射率在400納米-1000納米的波長范圍內(nèi)。在一個更優(yōu)選的實施例中，所述透明導電電極具有至少大于95%的光透射率在400納米-1000納米的波長范圍內(nèi)。
[0040]本發(fā)明中的透明導電電極的霧度值是在大于10 %至小于0.6 %的范圍內(nèi)是可調(diào)的，這取決于最終的應用。在本發(fā)明的一個實施例中，所述透明導電電極的霧度大于10%。在本發(fā)明的另一個實施例中，所述透明導電電極的霧度小于0.6%。在一個實施例中,通過調(diào)節(jié)金屬納米線的長寬比，可以得到具有超低霧度的薄膜。在另一個實施例中，所述超低霧度是通過采用折射率匹配材料作為基質(zhì)來實現(xiàn)的。在又一個實施例中，所述超低霧度是通過使用折射率匹配作為一個單獨的層來實現(xiàn)的。
[0041]導電件
本發(fā)明中的透明導電電極是為了光電裝置而發(fā)明的。單一導電層的設計以及在網(wǎng)絡中的融合接合點的設計都是為了同時提高在平面內(nèi)方向和平面外方向上的導電性。最終，所述導電薄膜的薄層電阻大大降低。在一個實施例中，所述透明導電電極每平方的電阻大約為或者小于200歐姆。在另一個實施例中，所述透明導電電極每平方的電阻大約為或者小于300歐姆。在本發(fā)明的另一實施例中，所述金屬納米線網(wǎng)絡的薄層電阻在0.1歐姆/平方至1000歐姆/平方的范圍內(nèi)是可調(diào)的。
[0042]納米線的化學成分
在本發(fā)明中，納米線可以由從各種導電材料或者任何貴金屬元素等中的一種或多種材料組成。在元素周期表中，可以用來作為金屬納米線的化學成分包括，但不限于，銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、鋁(Al)、鎳(Ni)、鉛(Pd)、鉬(Pt)或者它們的組合。可以在納米線網(wǎng)絡中使用的金屬可以進一步包括鍍銀銅，鍍金銀或鍍金銅。所述納米線也可以由，例如但不限于，鋅、鑰、鉻、鎢、鉭、金屬合金、或者類似物當中的一種或多種材料組成。在本發(fā)明中，一些不優(yōu)選的實例中的納米線可以包括金屬氧化物。
[0043]在本發(fā)明的一個實施例中，所述金屬納米線網(wǎng)絡自始至終僅由一種化學成分組成。在本發(fā)明的另一個實施例中，所述金屬納米線網(wǎng)絡由多種化學成分的混合物組成。在一個實施例中，所述化學成分的混合物包括金屬或金屬氧化物。在另一實施例中，所述化學成分的混合物包括具有不同電性性能的化合物，例如導電性。在另一實施例中，所述化學成分的混合物包括具有不同光學性質(zhì)的化合物，例如光學透明性或折射率。
[0044]在本發(fā)明的一個實施例中，所述納米線可進一步包括防腐蝕涂層或抗反射涂層。
[0045]形狀或幾何結構
在上述舉例中，例子或者本發(fā)明所公開的實施例中，所述納米線被描述為具有至少一個端部或長度。該描述主要用于便于討論，但應當理解，任何幾何形狀，例如不同的長寬比的桿、狗骨形、圓形顆粒、長橢圓形的顆粒、不同的幾何形狀的單個或多個組合、或其它能夠形成金屬網(wǎng)的顆粒結構也可以用于本發(fā)明。[0046]某板
在本發(fā)明的一個實施例中，所述基板是剛性基板。所述剛性基板是玻璃。在一些實施例中，所述玻璃具有大于1.5的折射率。在一些實施例中，所述玻璃具有大于1.7的折射率。
[0047]在本發(fā)明的另一個實施例中，所述基板為包括聚合物的柔性基板。這種聚合物包括但不限于，聚酰亞胺(PI)、聚酰胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亞胺(PEI )、聚萘(PEN)、聚酯(PET)、相關的聚合物、金屬化塑料、和/或上述材料和/或類似材料的組合。
[0048]在更優(yōu)選的實施例中，所述聚合物基板具有阻隔性能。在一個實施例中，所述基板是氧滲透速率比小于10_2g/m2/天的一片阻擋膜。在另一個實例中，所述基板是水分滲透速率比小于10_2g/m2/天的一片阻擋膜。在又一實施例中，所述基板是水分滲透速率比小于10_6g/m2/天的一片阻擋膜。
[0049]在又一實施例中，所述基板是彎曲的或柔性的基板。
[0050]在又一個實施例中，所述基板具有正常的幾何形狀。這種幾何形狀包括手機、平板電腦、電視、電子書、窗戶和太陽能電池的幾何形狀。在又一實施例中，該基板具有不規(guī)則的幾何形狀，包括星形、錐形和球形等。
[0051]電極在裝置中的位置
本發(fā)明中的透明導電電極被最終用于電光學裝置。諸如透明度等光學性能和導電性等電學性能，使本發(fā)明的透明導電電極廣泛適用于各種應用中。在一個實施例中，所述透明電極為位于一個裝置頂部的電極。在另一個實施例中，所述電極為位于一個裝置的底電極。在又一實施例中，所述電極為層疊裝置的電極。
[0052]方法
在一方面，本發(fā)明還揭示了一種透明導電電極的制造方法，所述透明導電電極包括在網(wǎng)絡中的多根金屬納米線，所述網(wǎng)絡包括融合的金屬納米線接合點，該制造方法包括如下步驟:
提供一個基板；和
在所述基板上形成一個包含金屬納米線網(wǎng)絡的主要單層；以及 在相鄰的金屬納米線之間形成若干融合的金屬納米線接合點。
[0053]在一個實施例中，形成透明導電電極的主要單層的方法包括如下步驟:
在表面活性劑的存在下，通過在水中混合納米線來制備油墨溶液；
將所述油墨溶液涂布到基板上以形成涂膜；
在周圍環(huán)境中干燥所述涂膜；以及 在80°C _150°C之間的溫度下對所述涂膜進行退火。
[0054]上述方法還包括將所述涂膜放置在酸性環(huán)境中的步驟。
[0055]隨后，上述方法還包括將所述涂膜放置在堿性環(huán)境中的步驟。
[0056]在另一個實施例中，形成透明導電電極的主要單層的方法包括如下步驟:
在表面活性劑的存在下，通過在水中混合納米線來制備油墨溶液；
將所述油墨溶液涂布到基板上以形成涂膜；
在去除涂膜中的溶劑之前，將所述涂膜放置在酸性環(huán)境中；以及 在80°C _150°C之間的溫度下對所述涂膜進行退火。
[0057]優(yōu)選地，上述方法還包括在將所述涂膜放置在酸性環(huán)境中之后，再將所述涂膜放置在堿性環(huán)境中。
[0058]酸性環(huán)境包括能夠?qū)⒃貞B(tài)金屬轉換為它們的氧化態(tài)，和可溶于溶劑或溶劑的混合物的所有化學環(huán)境。在一個實施例中，所述透明電極中的金屬納米線是銀；用于制備油墨溶液的溶劑是水；所述酸性環(huán)境包括乙酸、甲酸以及它們的組合?？蛇x地，所述油墨溶液包含粘合劑，例如纖維素?？蛇x地，所述油墨溶液包含醇作為溶劑。可選地，所述油墨溶液包含水和醇的混合物作為溶劑?？蛇x地，所述酸性環(huán)境包括多種酸，其中至少一種酸是有機酸。
[0059]基本環(huán)境包括能夠?qū)⒀趸瘧B(tài)或鹽態(tài)的金屬轉化到元素態(tài)的所有化學環(huán)境。在一個實施例中，所述透明電極中的金屬納米線是銀；用于制備油墨溶液的溶劑是水；所述基本環(huán)境包括氨和水?？蛇x地，所述油墨溶液包含粘合劑，例如纖維素。可選地，所述油墨溶液包含醇作為溶劑?？蛇x地，所示油墨溶液包含水和醇的混合物作為溶劑?？蛇x地，所述堿性環(huán)境包括多種堿，其中至少一種堿是有機堿。
[0060]本發(fā)明還揭示了一種透明導電電極的制造方法，所述透明導電電極包括在網(wǎng)絡中的多根金屬納米線，所述網(wǎng)絡包括融合的金屬納米線接合點，該制造方法包括如下步驟:
提供一個基板；和
在所述基板上形成一個包含金屬納米線網(wǎng)絡的主要單層；以及 在相鄰的金屬納米線之間形成若干融合的金屬納米線接合點。
[0061]在另一方面，本發(fā)明還揭示了一種透明導電電極的制造方法，所述透明導電電極包括在網(wǎng)絡中的多根金屬納米線，所述網(wǎng)絡包括融合的金屬納米線接合點，該制造方法包括如下步驟:
提供一個基板；和
在所述基板上形成一個包含金屬納米線網(wǎng)絡的主要單層；以及 采用液相燒結過程形成若干金屬納米線接合點。
[0062]在液相燒結過程中包括一個關鍵步驟，即溶液再沉淀步驟，其中一些金屬元素被轉化為鹽并溶解，以及部分溶解的金屬鹽沉淀出來以形成金屬粉末。所述液相燒結過程進一步包括向所述金屬納米線中燒結所述金屬粉末。
[0063]所述液相燒結是擴散控制過程。
[0064]可選地，所述液相燒結還包括重新排列所述金屬納米線的過程。
[0065]試駘 對比試駘
銀納米線的制備配方是通過混合0.3克納米線、99.6克水、0.1克纖維素和0.01克表面活性劑。然后，將溶液紡絲涂布在PET基板上，以轉速800 rpm離心30秒，并在室溫下進行10分鐘進行空氣烘干。然后，進一步在120°C的烘箱中再干燥3分鐘。以上制得樣品的薄層電阻仍然大于50K歐姆/平方，并且線對線交叉點的SEM圖像如圖5所示。
[0066]實驗程序引起液相燒結
銀納米線的制備配方是通過混合0.3克納米線、99.6克水、0.1克纖維素和0.01克表面活性劑。然后，將前述溶液紡絲涂布在PET基板上，以轉速800 rpm離心30秒。代替在室溫下進行空氣干燥，在本實施方式中，它被移動到充滿乙酸和甲酸的混合物的酸性氣氛中蒸發(fā)30秒至3分鐘，然后被移動到含有氨和水的基本氣氛中蒸發(fā)5分鐘。然后，進一步在120°C的烘箱中再干燥3分鐘。以上制得樣品的薄層電阻約100歐姆/平方，并且線對線交叉點的SEM圖像如圖7所示。
[0067]本領域技術人員可以理解，上述描述僅是示范目的，以上描述的實施例僅是很多可能的實施例中的一些。其它變化也是適用的。
[0068]本說明書中對“一個實施例”，“一實施例”、“示例實施例”等的任何引用，指的是一個特定的特征、結構、或者與實施例相關的特性被本發(fā)明至少一個實施例進行了描述。在說明書中不同地方出現(xiàn)的這類短語不一定都是指相同的實施例。此外，當一個特定的特征、結構、或者特性結合任何實施例進行了說明，應當認為在本領域技術人員的能力范圍內(nèi)，這種特征、結構、或者特性亦可結合其他實施例。此外，為了便于理解，某些方法的程序可能已經(jīng)被描繪為單獨的程序，但是，這些分開描繪的程序根據(jù)它們的性能不應該被解釋為必須依賴于順序。也就是說，一些程序可能能夠在另外的順序中執(zhí)行，或者同時執(zhí)行等。此外，示范性圖表顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的各種方法。本說明書中所述揭示的這樣示例性方法的實施例也可以被應用到相應裝置的實施例中。然而，該方法的實施例不應局限于此。
[0069]以上實施例僅用于說明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術方案，盡管本說明書參照上述的實施例對本發(fā)明已進行了詳細的說明，但是，本領域的普通技術人員應當理解，所屬【技術領域】的技術人員仍然可以對本發(fā)明進行修改或者等同替換，而一切不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術方案及其改進，均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍內(nèi)。在本發(fā)明的說明書中，術語“優(yōu)選地”是非排他性的，意思是“優(yōu)選，但不限于”。權利要求中的術語應當給予其與本說明書中總的發(fā)明構思闡述相一致的最廣泛的解釋。例如，術語“耦合”和“連接”(及其類似術語)用于意味著直接和間接連接/耦合。再例如，“具有”、“包含”及其類似用語與“包括”是同義詞(以上舉例均被認為是“開放式”術語)。僅詞語“由…組成”和“基本上由…組成”應視為“封閉式”術語。權利要求不必然根據(jù)112第六段進行解釋，除非短語“ 手段方式”和出現(xiàn)在權利要求中的相關功能無法敘述能夠?qū)崿F(xiàn)該功能的充分結構。
【權利要求】
1.一種導電電極，其包括: 基板；以及 位于所述基板上的主要單層，所述單層包括直徑為dl的第一金屬納米線和直徑為d2的第二金屬納米線，其中所述第一和第二金屬納米線相交形成一個融合接合點，該融合接合點的深度為 J12，其中，J12 =< (dl + d2)，J12 > dl 且 J12 > d2。
2.如權利要求1所述的導電電極，其特征在于:所述金屬納米線為銀納米線。
3.如權利要求1所述的導電電極，其特征在于:所述金屬納米線的長高比大于1000。
4.如權利要求1所述的導電電極，其特征在于:所述金屬納米線的直徑小于50納米。
5.如權利要求1所述的導電電極，其特征在于:所述導電電極包括具有基質(zhì)的導電層。
6.如權利要求1所述的導電電極，其特征在于:所述基質(zhì)的材料為無機材料。
7.如權利要求1所述的導電電極，其特征在于:所述納米線是表面官能團。
8.如權利要求1所述的導電電極，其特征在于:所述導電電極的薄層電阻在I歐姆/平方至1000歐姆/平方的范圍內(nèi)。
9.如權利要求1所述的導電電極，其特征在于:所述導電電極具有至少80%的透光率。
10.如權利要求1所述的導電電極，其特征在于:所述導電電極的霧度值在0.1-10.0的范圍內(nèi)是可調(diào)的。
11.如權利要求1所述的導電電極，其特征在于:所述基板是玻璃。
12.如權利要求1所述的導電電極，其特征在于:所述基板是柔性的。
13.如權利要求1所述的導電電極，其特征在于:所述導電電極還包括抗反射層、抗眩光層、粘合劑層、阻擋膜、硬涂層、或保護膜當中的一種或者多種。
14.一種顯示裝置，其包括具有導電層的至少一個透明電極，所述導電層包括若干金屬納米線，其中所述金屬納米線交叉并形成金屬納米線網(wǎng)絡，所述金屬納米線網(wǎng)絡包括納米線接合點，所述納米線接合點的深度小于等于單個金屬納米線的直徑之和。
15.如權利要求14所述的顯示裝置，其特征在于:所述顯示裝置是觸摸屏、液晶顯示器、或者平板顯示器。
16.如權利要求1所述的顯示裝置，其特征在于:所述金屬是銀。
【文檔編號】B82Y30/00GK104011804SQ201480000277
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年1月22日 優(yōu)先權日:2014年1月22日
【發(fā)明者】潘克菲 申請人:蘇州諾菲納米科技有限公司