一種氧化鋅摻硅透明導電膜及其制備方法技術

本發明專利技術涉及電子導電材料的制備技術，具體說是一種氧化鋅摻硅（ZnO:Si）透明導電膜及其制備方法，其特征在于以氧化鋅為主體材料，摻入硅元素組成，二氧化硅的摻入總量為透明導電膜總重量的5%～30%。其制備方法包括如下步驟：將有機鋅鹽、有機硅烷、粘合劑及有機溶劑組成的前驅體，通過電紡絲設備噴射到基底上；加熱揮發所述有機溶劑，形成前驅體復合纖維膜，以及將前驅體復合纖維膜置于馬弗爐中350℃~1000℃煅燒處理2~4h。本發明專利技術制備的導電膜生產成本低廉，工藝簡單，對制備環境要求不苛刻，且制作的產品能滿足實際應用要求，具有廣大的發展前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及電子導電材料的制作領域，更確切的說，尤其涉及一種用電紡絲的方法制備硅摻雜氧化鋅基透明導電膜。
技術介紹
透明導電氧化物薄膜因為具有在可見光區透明和電阻率低等優異的光電性能，所以被廣泛的應用在各種光電器件中，例如平面液晶顯示器，太陽能電池，節能視窗，汽車、飛機等的擋風玻璃等。目前應用和研究最多的是錫摻In2O3(簡稱ΙΤ0)透明導電薄膜，雖然ITO具有良好的導電性和透過率，但In源少，其價格不斷上漲，并且制備高性能的ITO膜所采用的真空鍍膜技術成本高。氧化鋅基透明導電薄膜由于具有成本低廉，無毒，容易摻雜等優勢，被認為是最有發展潛力的薄膜材料。目前，摻Al，Ga, In, Zr, B和Mo的氧化鋅基透明導電膜已用各種方法制備出。硅由于具有產量大，應用廣，價格低廉等優點，同時硅的摻入 可使ZnO的價帶向低能方向，且使其帶隙變寬的優點。因此，用硅摻雜ZnO制備的透明導電膜的性能不僅可以大大提高，而且可以極大的降低原料成本。國內報道的氧化鋅基透明導電膜的制備方法通常為磁控濺射、脈沖激光沉積，溶膠-凝膠和熱噴涂法。其中，磁空濺射和脈沖激光沉積具有成膜質量高，可大面積生產的優點，但這種兩種方法首先需要制備高精度和高純度的靶材，并且需要昂貴的真空設備，所以成本高，不利于工業化生產。溶膠-凝膠法和熱噴涂法相對于前兩種方法不需要昂貴的真空設備，成本較低，并且操作簡單，但溶膠-凝膠法制備的透明導電膜通常導電率較低，難以滿足實際需求，而熱噴涂法在實際生產中，將產生大量的污染性氣體，還需要額外拓建一個尾氣處理裝置。因此，開發一種新型低成本氧化鋅基透明導電膜及尋求一種操作簡單，成本低且能獲得高性能的透明導電膜的制備方法具有十分重要的意義。
技術實現思路
為了獲得性能較好成本低的透明導電材料，本專利技術提供一種價格低廉的硅摻雜氧化鋅基透明導電膜及其制備方法，這種氧化鋅摻硅透明導電膜的制備方法，將有機鋅鹽、有機硅烷、粘合劑及有機溶劑組成的前驅體，通過電紡絲設備噴射到基底上，獲得有機/無機復合納米纖維膜；以及所述將復合纖維膜置于350°C 1000°C煅燒處理2 4h，獲得氧化鋅摻硅透明導電膜。其中，所述有機鋅鹽和有機硅烷的總質量與所述粘合劑的質量比為f 20: f 10。其中，所述前驅體的配制方法為所述前驅體的配制方法為將有機鋅鹽、有機硅烷、粘合劑溶于有機溶劑中形成混合體系，同時加入鹽酸將所述混合體系調節至溶膠-凝膠狀態。進一步地，所述有機鋅鹽為醋酸鋅。進一步地，所述有機娃燒為四乙氧基娃燒。進一步地，所述粘合劑為醇溶性的高分子聚合物、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯或聚醚多元醇中的一種。 進一步地，所述有機溶劑為乙醇，能將上述幾種物質相互混合均勻。所述基底既可以是硬性基底玻璃或石英，也可以是柔性基底聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PO、聚苯乙烯(PS)或乙烯-醋酸乙烯的共聚物(EVA)中的一種。本專利技術采用電紡絲法，工藝簡單成熟，對環境條件要求不苛刻。所述電紡絲設備包括噴絲管，所述噴絲管到基底的距離為5 15cm ;所述電紡絲設備的工作電壓為1(T100KV。所述煅燒是在馬弗爐中進行，控制溫度為350°C 1000°C。其中高溫退火不僅可以使前驅體形成的復合纖維膜氧化生成ZnO摻雜Si復合纖維膜，而且可以熔化纖維與纖維交聯處的節點，從而獲得表面更為光滑，膜厚分布更均勻的硅摻雜氧化鋅基透明導電膜，可以進一步提高導電膜的導電率。本專利技術還提供這種氧化鋅摻硅透明導電膜的組成結構，其是由氧化鋅及二氧化硅構成的交聯的纖維膜，其中，Si元素是以SiO2形式摻入的，所述二氧化硅所占的質量分數為5% 30%ο有益效果本專利技術氧化鋅基透明導電膜的制備方法，不需要昂貴的真空設備，材料來源豐富低廉，能大大降低成本；且工藝操作簡單方便，污染性氣體排放量少，對環境友好。本專利技術制備的透明導電薄膜性能穩定，能滿足實際應用要求，具有廣泛應用前景。附圖說明圖I為本專利技術實施例I的制備流程圖。圖2為本專利技術實施例I的氧化基透明導電膜的掃描電鏡圖。具體實施例方式本下面參照附圖，結合具體實施例，對本專利技術進一步詳細說明。如圖I所示，本專利技術提供一種硅摻雜的氧化鋅基透明導電膜的制備方法，包括如下步驟I、將有機鋅鹽、有機硅烷、粘合劑和有機溶劑配制成前驅體；II、將前驅體置入電紡絲設備中，調整工作電壓、噴絲管與基底的距離；通過電紡絲設備將前驅體噴射到基底上，形成有機/無機復合納米纖維膜。III、將有機/無機復合納米纖維膜置于350°C 1000°C高溫煅燒處理。實施例I本實施例采用的有機鋅鹽為醋酸鋅、有機硅烷為四乙氧基硅烷、粘合劑為聚乙烯吡咯烷(PVP)，有機溶劑為乙醇。如圖I中所示步驟，S101，在常溫下(20°C)將O. 56g醋酸鋅和0.07g四乙氧基硅烷在2. 5ml乙醇中混合，不斷攪拌。然后加入約O. Iml鹽酸調節酸堿度，使醋酸鋅、四乙氧基硅烷和乙醇的混合物呈溶膠-凝膠狀態。再加入O. 31g高分子聚合物PVP作為粘合劑，繼續攪拌，形成具有一定黏度的前驅體備用。其中，醋酸鋅與四乙氧基硅烷的質量之和占前驅體總質量的質量百分比為20%，粘合劑的質量分數為10%。S102，將配制好的前驅體加入電紡絲設備中，調整電紡絲設備工作電壓為20KV，電紡絲設備內的噴絲管管頭內徑為1mm，且噴絲管到玻璃基底的距離為10cm。啟動電紡絲設備，將前驅體噴射到玻璃基底上，加熱，使乙醇揮發，前驅體形成復合的納米纖維膜。S103，對步驟S102中玻璃基底上形成的納米纖維膜進行高溫煅燒處理，控制溫度為450°C，反應2h后，乙醇揮發且材料燒結獲得硅摻雜的氧化鋅(ZnO :Si)基透明導電膜結構，其形貌參見圖2所示。這種具有網狀交聯結構的透明導電膜組分為氧化鋅與二氧化硅，其分別是由醋酸鋅和有機硅煅燒后轉化而成的，生成產品中二氧化硅的含量為7. 4%。由于高溫煅燒處理不僅可以使前驅體復合纖維膜氧化生成ZnO摻雜Si復合纖維膜，而且可以熔化纖維與纖維交聯處的節點，從而獲得表面更為光滑，膜厚分布更均勻的硅摻雜氧化鋅基透明導電膜，可以進一步提高這種透明導電膜的導電率。實施例2本實施例與實施例I相比，不同是在常溫下(20°C)將4. 4g醋酸鋅和O. 35g正硅酸乙酯在15. 6ml乙醇中混合，不斷攪拌。然后加入約2ml鹽酸調節酸堿度，使醋酸鋅、四 乙氧基硅烷和乙醇的混合物呈溶膠-凝膠狀態。再加入Ig高分子聚合物聚乙二醇(PEG)作為粘合劑，繼續攪拌，形成具有一定黏度的前驅體備用。調整電紡絲設備的工作電壓為15KV，噴絲管到石英基底的距離為5cm。最后的退火燒結處理3h，控制溫度為800°C。煅燒處理后獲得硅摻雜的氧化鋅基透明導電膜二氧化娃的質量分數為5. 0%。其余步驟請參閱實施例I所示。實施例3本實施例與實施例I不同的是常溫下(20°C)將8. Ig醋酸鋅和I. 4g四乙氧基硅烷在91ml乙醇中混合，不斷攪拌，使兩者完全溶解。然后加入約5ml鹽酸調節酸堿度，使醋酸鋅、四乙氧基硅烷和乙醇的混合物呈溶膠-凝膠狀態。再加入9. 5g高分子聚合物聚醚多元醇(PPG)作為粘合劑，繼續攪拌，形成具有一定黏度的前驅體備用。調整電紡絲設備的工作電壓為15KV，噴絲管到聚氯乙烯(PV本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種氧化鋅摻硅透明導電膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：將有機鋅鹽、有機硅烷、粘合劑及有機溶劑組成的前驅體，通過電紡絲設備噴射到基底上，獲得有機/無機復合納米纖維膜。以及將所述復合纖維膜置于350℃~1000℃煅燒處理2~4h，獲得氧化鋅摻硅透明導電膜。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：潘革波，肖燕，
申請(專利權)人：中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所，
類型：發明
國別省市：