一種降低導(dǎo)電微納米線間接觸電阻的低溫微波退火方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微納米電子學(xué)領(lǐng)域中優(yōu)化基于導(dǎo)電微納米線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)導(dǎo)電性能的一種方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬納米線為一維的納米結(jié)構(gòu)，機械強度優(yōu)秀、電導(dǎo)率高，且具有獨特光學(xué)性能。金屬納米線網(wǎng)利用納米線之間的接觸而導(dǎo)電，接觸的結(jié)電阻對其表面電阻影響很大，這也是納米線透明電極的研究熱點。金屬納米線的形貌也對透明導(dǎo)電電極的電學(xué)、光學(xué)性能影響很大，金屬納米線長徑比越大，同等量的納米線之間接觸越多，導(dǎo)電性能越好。相對而言，金屬納米線組成的網(wǎng)絡(luò)電極導(dǎo)電性優(yōu)于商業(yè)化ΙΤ0，而且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)賦予它們天然的彎曲和拉伸高穩(wěn)定性，在下一代柔性電子和光電子領(lǐng)域有重大的潛在應(yīng)用價值。金屬網(wǎng)透明電極不僅具備了優(yōu)異的光電特性，而且具有較好的柔韌性，是目前ITO電極在柔性器件中應(yīng)用的有利替代品。柔性透明電極優(yōu)異的光電性能使其在電子信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，目前主要應(yīng)用于平面液晶顯示(LCD)、電子紙(e-paper)、場發(fā)射顯示(FED)、有機發(fā)光二極管顯示(OLED)等顯示器件。隨著人們對太陽能的開發(fā)利用，柔性透明電極應(yīng)用于太陽能電池等光電器件將成為未來的另一主導(dǎo)市場。在金屬納米線透明電極的研究中，減少金屬納米線與線之間的接觸結(jié)電阻是研究的熱點之一。國內(nèi)外研究人員在研究過程中發(fā)現(xiàn)了一些減少接觸電阻的有效方法，如光致等離子體焊接法如文獻〈〈Self-limited plasmonicwelding of silver nanowire junct1ns〉〉參見(《Nature Materials》lI，241-249(2012)，作者 Erik C.Garnett ,Wenshan Cai ,Judy J.Cha, Fakhruddin Mahmood, StephenT.Connor,M.Greyson Chri stoforo,Yi Cui,Michael D.McGehee and MarkL.Brongersma)。該文獻報道了一種用鹵媽燈照射銀納米線從而實現(xiàn)銀納米線之間實現(xiàn)焊接的方法。該文獻的實現(xiàn)步驟如下:(I)利用多元醇法制備出銀納米線；(2)將步驟(I)中制備好的銀納米線通過旋涂的方法沉積到氮化硅襯底上；(3)將步驟(2)中的樣品置于功率密度約30W/cm—2的鹵鎢燈下進行處理，處理時間為1?120s。在透明電電極的制備過程中，如何做到導(dǎo)電微納米線之間的結(jié)電阻盡可能的少始終是該領(lǐng)域的一個研究熱點和難點，該文獻提供了一種簡易高效并可大面積制備導(dǎo)電性能優(yōu)異的網(wǎng)狀電極的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]最近這些年，基于微納米網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的透明電極研究開始得到一些學(xué)者的重點關(guān)注。微納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)電極具有較低的造價、優(yōu)異的機械柔韌性、較高的透過率和導(dǎo)電性等優(yōu)點。通過旋涂、涂布、噴涂和混煉等方式可以大面積地將導(dǎo)電微納米線沉積于襯底上或摻于混合物中。但該導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)存在導(dǎo)電微納米線間接觸電阻很大，影響導(dǎo)電的問題。從光電器件的制作成本和效能考量，科研工作者們需要尋求一種簡易高效的技術(shù)手段來制備微納網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)電極，以利于其在光電器件產(chǎn)業(yè)中的推廣。
[0004]本發(fā)明的目的是針對【背景技術(shù)】中如何減少導(dǎo)電微納米線之間的接觸電阻這一問題，開發(fā)研究一種采用微波對納米線進行快速退火處理的方法來降低導(dǎo)電微納米線之間的接觸電阻，以達到在簡化生產(chǎn)工藝、提高透明電極的光電特性的同時，有效降低透明電極的生產(chǎn)成本，以及可廣泛應(yīng)用于諸如有機太陽能電池、有機發(fā)光二極管、觸摸屏類光電器件上等目的。
[0005]本發(fā)明提供了一種減少導(dǎo)電微納米線之間接觸電阻的有效方法即利用微波退火的方法對導(dǎo)電微納米網(wǎng)進行處理，相對于普通退火處理、光致等離子體焊接法、電化學(xué)沉積法、高壓印法等方法，本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于利用微波實現(xiàn)導(dǎo)電微納米線之間“焊接”的效果或者“類焊接”的效果，大幅減少導(dǎo)電微納米線之間的結(jié)電阻，具有工藝簡單、成本低等優(yōu)點。
[0006]本發(fā)明一種降低導(dǎo)電微納米線間接觸電阻的低溫微波退火方法，該方法包括:
[0007]步驟1:取所需大小的基底材料，先后置于酒精和丙酮中進行超聲清洗，然后用去離子水沖洗掉殘留的丙酮，然后進行干燥后備用；
[0008]步驟2:將清洗干燥過后的基底進行等離子體處理；
[0009]步驟3:將導(dǎo)電金屬微納米線溶液做超聲處理，使微納米線的分散性更好；
[0010]步驟4:將導(dǎo)電金屬微納米線溶液旋涂至上述基底上以制備出金屬網(wǎng)樣品；
[0011]步驟5:將步驟4獲得的金屬網(wǎng)樣品，進行微波退火處理，使納米線表面產(chǎn)生表面電流，達到焊接效果。
[0012]進一步的，所述步驟I中將基底材料先置于酒精中清洗5?10分鐘，在置于丙酮中5?1分鐘。
[0013]進一步的，所述步驟2在壓強為75Pa的氧氣環(huán)境中進行等離子體處理，處理時間為I?10分鐘。
[0014]進一步的，所述步驟3中的導(dǎo)電微納米線溶液采用頻率為40KHz，超聲功率為240W的超聲，處理I?2分鐘。
[0015]進一步的，所述步驟5采用50到4000W的功率，退火I秒到10分鐘。
[0016]進一步的，所述步驟5采用微波退火的方式進行多次退火處理。
[0017]本發(fā)明一種降低導(dǎo)電微納米線間接觸電阻的低溫微波退火方法，通過對金屬網(wǎng)樣品進行微波處理，利用微波輻射到納米線表面產(chǎn)生表面電流，產(chǎn)生焊接的效果，從而降低導(dǎo)電微納米線間的接觸電阻；同時，相對于普通的熱退火處理方法，由于表面電流的存在，使得納米線的溫度高于襯底溫度從而起到保護基底的作用，實現(xiàn)低溫退火。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明實施例中設(shè)于聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)基片上的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)電極未經(jīng)微波退火處理之前銀納米接觸點的掃描電子顯微鏡圖(SEM)。
[0019]圖2為本發(fā)明實施例中設(shè)于PET基片上的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)電極采用本發(fā)明提出的微波退火方法處理之后銀納米接觸點的掃描電子顯微鏡圖(SEM)。
[0020]圖3為本發(fā)明實施例中設(shè)于PET基片上的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)電極采用本發(fā)明提出的微波退火方法處理之后銀納米接觸點的掃描電子顯微鏡圖(SEM)。
【具體實施方式】
[0021 ] 實施例:
[0022]本實施例以銀納米線與PET基底為例來制備金屬網(wǎng)電極的制備方法為例:
[0023]步驟1:取大小約為1cm2的PET薄膜材料(基底材料)，分別置于酒精和丙酮中超聲清洗5?10分鐘，然后用去離子水沖洗3次，放置于60°C真空干燥箱中干燥后備用。
[0024]步驟2:將清洗干燥過后的基底，在氧氣或氮氣等氣體下進行等離子體處理以改善PET表面的親水性，處理條件為，壓強為75Pa左右，處理時間I?10分鐘。
[0025]步驟3:將制得的導(dǎo)電銀納米線溶液做超聲處理，使納米線的分散性更好。
[0026]步驟4:根據(jù)金屬網(wǎng)成膜厚度的需要，勻膠機選擇不同轉(zhuǎn)速，在不同轉(zhuǎn)速下將納米線溶液旋涂至上述基底上以制備出金屬網(wǎng)樣品，本實施例中在轉(zhuǎn)速為3000r/min時制得實驗樣品。
[0027]步驟5:將前述金屬網(wǎng)/PET樣品，放在微波爐內(nèi)進行退火處理，退火時間在功率1500W的條件下退火6秒。退火時間是和微波設(shè)備的功率有關(guān)系的，50W時退火10分鐘、1500W的時退火6秒、4000W時退火I秒。
[0028]該實施方式制備得到的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)金屬電極的方阻為1770 Ω/□，未經(jīng)微波退火處理前的方阻值約為106Ω/□，方阻降幅達到99.8%，采用本發(fā)明提出的微波處理方法降低導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的接觸電阻效果顯著。
【主權(quán)項】
1.一種降低導(dǎo)電微納米線間接觸電阻的低溫微波退火方法，該方法包括: 步驟1:取所需大小的基底材料，先后置于酒精和丙酮中進行超聲清洗，然后用去離子水沖洗掉殘留的丙酮，然后進行干燥后備用； 步驟2:將清洗干燥過后的基底進行等離子體處理； 步驟3:將導(dǎo)電金屬微納米線溶液做超聲處理，使微納米線的分散性更好； 步驟4:將導(dǎo)電金屬微納米線溶液旋涂至上述基底上以制備出金屬網(wǎng)樣品； 步驟5:將步驟4獲得的金屬網(wǎng)樣品，進行微波退火處理，使納米線表面產(chǎn)生表面電流，達到焊接效果。2.如權(quán)利要求1所述的一種降低導(dǎo)電微納米線間接觸電阻的低溫微波退火方法，其特征在于所述步驟I中將基底材料先置于酒精中清洗5?10分鐘，在置于丙酮中5?10分鐘。3.如權(quán)利要求1所述的一種降低導(dǎo)電微納米線間接觸電阻的低溫微波退火方法，其特征在于所述步驟2在在氧氣環(huán)境中，壓強為75Pa的環(huán)境下進行等離子體處理，處理時間為I?1分鐘。4.如權(quán)利要求1所述的一種降低導(dǎo)電微納米線間接觸電阻的低溫微波退火方法，其特征在于所述步驟3中的導(dǎo)電微納米線溶液采用頻率為40KHz，功率為240W的超聲波做超聲處理，處理時間I?2分鐘。5.如權(quán)利要求1所述的一種降低導(dǎo)電微納米線間接觸電阻的低溫微波退火方法，其特征在于所述步驟5采用50到4000W的功率，退火I秒到1分鐘。6.如權(quán)利要求1所述的一種降低導(dǎo)電微納米線間接觸電阻的低溫微波退火方法，其特征在于所述步驟5采用微波退火的方式進行多次退火處理。
【專利摘要】一種降低網(wǎng)狀導(dǎo)電微納米線間接觸電阻的低溫微波快速退火方法，屬于微納米電子學(xué)領(lǐng)域中優(yōu)化基于導(dǎo)電微納米線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)導(dǎo)電性能的一種方法。所述的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)是通過旋涂、涂布、噴涂和混煉等方式將導(dǎo)電微納米線沉積于襯底上或摻于混合物中而形成的，但該導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)存在導(dǎo)電微納米線間接觸電阻很大，影響導(dǎo)電的問題。本發(fā)明針對這一問題，采用微波快速退火的方法對導(dǎo)電微納米網(wǎng)進行處理，大幅度降低了導(dǎo)電微納米線之間的結(jié)電阻。本發(fā)明具有工藝簡單、可大面積和實現(xiàn)三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、易于工業(yè)化自動控制等優(yōu)點。
【IPC分類】H01B13/00
【公開號】CN105551687
【申請?zhí)枴緾N201610014847
【發(fā)明人】曾葆青, 鄧波波, 柳建龍, 吳喆
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年1月11日