本發(fā)明特別涉及一種高質(zhì)量碳納米管透明導(dǎo)電膜及其制備方法與應(yīng)用，屬于材料科學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著觸控面板大尺寸化、低價(jià)化的需求，以及氧化銦錫(ITO)薄膜不適用于可撓式顯示器應(yīng)用、導(dǎo)電性及透光率等本質(zhì)問題不易克服等，觸控面板廠正積極找新材料，希望取代占成本40％左右的ITO薄膜。在此背景下，金屬網(wǎng)格、納米銀線、碳納米管、石墨烯等替代材料興起，受到各大觸控廠商青睞。

碳納米管導(dǎo)電膜在柔性、真彩色性、化學(xué)穩(wěn)定性和成本等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但因其自身結(jié)構(gòu)所限，其導(dǎo)電性質(zhì)卻不及銀納米線。單壁碳納米管依直徑與旋度可分為金屬性與半導(dǎo)體性，其導(dǎo)電性差異很大；且在碳納米管網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)接觸的金屬性和半導(dǎo)體碳納米管之間存在肖特基勢(shì)壘，直接影響碳納米管導(dǎo)電膜的電學(xué)性質(zhì)。目前主要通過化學(xué)摻雜改善碳納米管薄膜的導(dǎo)電性，但其穩(wěn)定性較差且工藝復(fù)雜。因此如何有效降低碳納米管薄膜表面電阻是限制其商業(yè)化的瓶頸問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高質(zhì)量碳納米管透明導(dǎo)電膜及其制備方法與應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

在一些實(shí)施方案中提供了一種高質(zhì)量碳納米管透明導(dǎo)電膜，其包括透明襯底和位于透明襯底上的復(fù)合導(dǎo)電膜，所述復(fù)合導(dǎo)電膜包括導(dǎo)電網(wǎng)格以及與所述導(dǎo)電網(wǎng)格電性結(jié)合的碳納米管層。

在一些較為優(yōu)選的實(shí)施方案之中，所述導(dǎo)電網(wǎng)格的厚度為0.02～20μm，網(wǎng)格間線距為5～1000μm。需要說明的是，此處所述的“厚度”是指所述導(dǎo)電網(wǎng)格中任一個(gè)有經(jīng)線和/或緯線存在的區(qū)域的頂端與底端之間的距離。

在一些較為優(yōu)選的實(shí)施方案之中，用以形成所述導(dǎo)電網(wǎng)格的經(jīng)線和/或緯線的線寬為1～5μm。

進(jìn)一步優(yōu)選的，用以形成所述導(dǎo)電網(wǎng)格的經(jīng)線和/或緯線的線寬＜2μm。

進(jìn)一步的，所述導(dǎo)電網(wǎng)格的材料包括金屬材料和/或半導(dǎo)體材料，所述金屬材料可以包括但不限于金、銀、銅、鋁、鎳、鈦中的任一種或兩種以上的組合，所述半導(dǎo)體材料包括半導(dǎo)體氧化物。

較為優(yōu)選的，所述導(dǎo)電網(wǎng)格采用金屬網(wǎng)格。

在一些較為優(yōu)選的實(shí)施方案之中，所述碳納米管層的厚度為2nm～2μm。

進(jìn)一步的，所述碳納米管包括單壁、雙壁、多壁碳納米管中的任一種或兩種以上的組合。

進(jìn)一步的，所述透明襯底可優(yōu)選自但不限于PET襯底、PI襯底、PDMS襯底、PMMA襯底、PC襯底中的任一種或兩種以上的組合。

本發(fā)明還提供了一種制備所述高質(zhì)量碳納米管透明導(dǎo)電膜的方法。

在一些實(shí)施例中，所述制備方法包括：在透明襯底上層疊設(shè)置導(dǎo)電網(wǎng)格和碳納米管層形成復(fù)合導(dǎo)電膜，從而獲得高質(zhì)量碳納米管透明導(dǎo)電膜。

在一些實(shí)施方案之中，可以在透明襯底上交替設(shè)置導(dǎo)電網(wǎng)格和碳納米管層形成復(fù)合導(dǎo)電膜。

在一些實(shí)施方案之中，可以直接在所述襯底上制備形成碳納米管層。

在一些實(shí)施方案之中，可以將成型碳納米管薄膜轉(zhuǎn)移到所述襯底上而形成碳納米管層。

例如，可以采用化學(xué)氣相沉積法在可撓性襯底上制備碳納米管薄膜。

在一些實(shí)施例之中，所述碳納米管層為由碳納米管分散液制得的碳納米管薄膜或經(jīng)CVD干法制備的碳納米管薄膜。

例如，也可以對(duì)碳納米管分散液進(jìn)行抽濾而獲得碳納米管薄膜，以及將所述碳納米管薄膜轉(zhuǎn)移到所述襯底上而形成碳納米管層。

在一些實(shí)施方案之中，至少可以選用印刷、濺射、蒸鍍、電化學(xué)沉積中的任一種方式所述襯底上形成所述導(dǎo)電網(wǎng)格。

例如，可以直接以金屬油墨進(jìn)行印刷形成所述金屬網(wǎng)格。

或者，也可以在所述襯底上形成導(dǎo)電薄膜，再通過微加工而形成所述金屬網(wǎng)格，所述微加工包括黃光蝕刻工藝。

在一些更為具體的實(shí)施案例之中，所述金屬網(wǎng)格的制備工藝包括：

對(duì)于一些外觀要求不高的應(yīng)用，直接利用絲網(wǎng)印刷工藝，在襯底上絲印金屬油墨形成導(dǎo)電網(wǎng)格結(jié)構(gòu)；

或者利用納米壓印技術(shù)在襯底上形成圖案化的金屬網(wǎng)格結(jié)構(gòu)；

或者，先在襯底上整面涂布或?yàn)R射金屬薄膜，再透過黃光蝕刻制程，洗去多余成分而產(chǎn)生網(wǎng)格；

或者，先在襯底上整面涂布金屬鹽，例如溴化銀，再利用化學(xué)還原方式形成金屬膜，再透過黃光微影制程等洗去多余成分而產(chǎn)生網(wǎng)格。

本發(fā)明還提供了所述高質(zhì)量碳納米管透明導(dǎo)電膜的用途，例如在電子、光電子領(lǐng)域的應(yīng)用。

例如，在一些實(shí)施例之中提供了一種裝置，其包括所述的高質(zhì)量碳納米管透明導(dǎo)電膜。

本發(fā)明通過將碳納米管膜與金屬網(wǎng)格復(fù)合，可以利用金屬網(wǎng)格有效提高電子在金屬性和半導(dǎo)體性碳納米管之間的遷移速度，進(jìn)而大幅改善碳納米管導(dǎo)電膜的導(dǎo)電性；優(yōu)選的，通過使用更細(xì)的金屬網(wǎng)格(＜2μm)，還可有效消除莫瑞干涉波紋；又及，利用碳納米管橋接也可避免因過細(xì)金屬線蝕刻導(dǎo)致的斷裂金屬線而引起的良率低下等問題，從而提高金屬網(wǎng)格制程良率；此外，碳納米管薄膜的存在也可有效降低復(fù)合膜的霧度及反射率。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括：

1.提供的高質(zhì)量碳納米管透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電性能優(yōu)異，表面電阻低，穩(wěn)定性好，透光率高，且霧度低，反射率低，在電子、光電子領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景；

2.提供的高質(zhì)量碳納米管透明導(dǎo)電膜制備工藝簡(jiǎn)單易實(shí)施，可控性高，成本低，良率高，利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一典型實(shí)施方案之中一種高質(zhì)量碳納米管透明導(dǎo)電膜的工作原理圖；

圖2為本發(fā)明一典型實(shí)施方案之中一種高質(zhì)量碳納米管透明導(dǎo)電膜的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本案發(fā)明人經(jīng)長(zhǎng)期研究和大量實(shí)踐，得以提出本發(fā)明的技術(shù)方案，其主要涉及一種高質(zhì)量碳納米管透明導(dǎo)電膜，其包括透明襯底和位于透明襯底上的復(fù)合導(dǎo)電膜，所述復(fù)合導(dǎo)電膜包括導(dǎo)電網(wǎng)格以及與所述導(dǎo)電網(wǎng)格電性結(jié)合的碳納米管層。

請(qǐng)參閱圖1，通過將碳納米管層與導(dǎo)電網(wǎng)格，例如金屬網(wǎng)格復(fù)合，可利用金屬網(wǎng)格而大幅提高電子在金屬性和半導(dǎo)體性碳納米管之間的遷移速度，從而大幅改善碳納米管導(dǎo)電膜的導(dǎo)電性，以及，高質(zhì)量碳納米管膜同時(shí)也可改善金屬網(wǎng)格制程良率，并降低其霧度。

再請(qǐng)參閱圖2所示是本發(fā)明一典型實(shí)施案例之中的一種高質(zhì)量碳納米管透明導(dǎo)電膜的結(jié)構(gòu)示意圖，其包括透明襯底和依次形成于透明襯底上的金屬網(wǎng)格和碳納米管層。

當(dāng)然，在另外一些實(shí)施例之中，碳納米管層也可設(shè)置于金屬網(wǎng)格和透明襯底之間。

在其它的一些實(shí)施例之中，所述高質(zhì)量碳納米管透明導(dǎo)電膜可包括交替設(shè)置的多層金屬網(wǎng)格和碳納米管層。

如下將結(jié)合若干實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案、其實(shí)施過程及原理等作進(jìn)一步的解釋說明。

實(shí)施例1

a)在PET襯底上用PVD法鍍銅；

b)通過黃光曝光顯影，酸堿蝕刻制程，制成線寬2μm，網(wǎng)格尺寸400μm的金屬網(wǎng)格，厚度約100nm；

c)用CVD法在金屬可撓性襯底上生長(zhǎng)單壁碳納米管導(dǎo)電膜；

d)將金屬可撓性襯底上的單壁碳納米管導(dǎo)電膜經(jīng)卷對(duì)卷形式轉(zhuǎn)移至金屬網(wǎng)格表面制得金屬網(wǎng)格/碳納米管復(fù)合導(dǎo)電膜；

e)獲得高質(zhì)量碳納米管透明導(dǎo)電膜(簡(jiǎn)稱復(fù)合導(dǎo)電膜)的表面方阻為60ohm/sq，透光率為90％，霧度0.6％。

實(shí)施例2

a)PET表面涂布光刻膠；

b)UV膠表面圖案壓印及固化；

c)納米銀印刷制成金屬網(wǎng)格，制成線寬4μm，網(wǎng)格尺寸50μm的金屬網(wǎng)格，厚度約220nm；

d)用CVD法在金屬可撓性襯底上生長(zhǎng)單壁碳納米管導(dǎo)電膜；

e)將金屬可撓性襯底上生長(zhǎng)的單壁碳納米管導(dǎo)電膜通過卷對(duì)卷形式轉(zhuǎn)移至金屬網(wǎng)格表面制得金屬網(wǎng)格/碳納米管復(fù)合導(dǎo)電膜；

f)獲得復(fù)合導(dǎo)電膜的表面方阻為20ohm/sq，透光率88％霧度0.9％。

實(shí)施例3

a)在PET襯底上用磁控濺射法鍍銅；

b)通過黃光曝光顯影，酸堿刻蝕制程，制成線寬1μm，網(wǎng)格尺寸50μm的金屬網(wǎng)格，厚度約150nm；

c)用1mg/mL的單壁碳納米管分散液抽濾制得單壁碳納米管導(dǎo)電膜轉(zhuǎn)移至金屬網(wǎng)格表面；

d)將復(fù)合導(dǎo)電膜放于80℃干燥3min，制得金屬網(wǎng)格/碳納米管復(fù)合導(dǎo)電膜；

e)獲得復(fù)合導(dǎo)電膜的表面方阻為15ohm/sq，透光率89％,霧度0.7％。

實(shí)施例4

a)PET表面涂布光刻膠；

b)UV膠表面圖案壓印及固化；

c)納米銀印刷制成金屬網(wǎng)格，制成線寬3μm，網(wǎng)格尺寸100μm的金屬網(wǎng)格，厚度約220nm；

d)用1mg/ml的單壁碳納米管分散液抽濾制得單壁碳納米管導(dǎo)電膜轉(zhuǎn)移至金屬網(wǎng)格表面；

e)將復(fù)合導(dǎo)電膜放于80℃干燥3min，制得金屬網(wǎng)格/碳納米管復(fù)合導(dǎo)電膜；

f)獲得復(fù)合導(dǎo)電膜的表面方阻為25ohm/sq，透光率87％,霧度0.9％。

需要說明的是，本發(fā)明的附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用于方便、明晰地輔助說明本發(fā)明的實(shí)施例。另外，前述實(shí)施例1-4中的各個(gè)工序，例如鍍銅、光刻等微加工工序及干燥、卷對(duì)卷轉(zhuǎn)移等其它輔助工序，若非特別說明，則均可采用本領(lǐng)域已知的任一種合適工藝操作和工藝條件，例如可參考CN102063951A、ZL201010533228.9、CN203299798U、CN103204492A、CN103031531A、CN102602118A、CN102110489B等。

應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。