石墨烯透明導電膜的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種石墨烯透明導電膜，包含多個個石墨烯片以及透明導電黏結劑，透明導電黏結劑將石墨烯片黏結而共同形成該石墨烯透明導電膜，石墨烯片與透明導電黏結劑的重量比為1wt％至0.01wt％，而該透明導電黏結劑占該石墨烯透明導電膜的體積百分比為0.5％～10％，透明導電黏結劑為一透明導電高分子，包含一聚噻吩結構以及聚陽離子高分子結構的至少其中之一，藉由透明導電黏結劑將石墨烯片堆棧區塊連接，而能形成完整的導電網絡，使得薄膜可在高透光度下仍具有較低的片電阻值，且可形成于可撓性的支持體上，擴展可應用的范疇。
【專利說明】
石墨烯透明導電膜
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種透明導電膜，尤其是含有石墨烯的透明導電膜。
【背景技術】
[0002]現有技術中常用的透明導電膜主要以金屬薄膜與金屬氧化物薄膜為主。在金屬氧化物中，氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)的使用較為普及，具有良好的光學與電學性質，目前制備技術已臻成熟。
[0003]美國專利案US7294852B2揭露一種氧化銦錫薄膜的制備方法，將氧化銦與氧化錫以濺鍍的方式沉積于外接偏壓的基板上，可藉由調整氧氣流量與沉積偏壓影響氧化銦錫薄膜的電阻或其它電學性質。以此制備方法制備的氧化銦錫薄膜的電阻率小于10_3 Ω ?cm。
[0004]美國專利案US7309405B2揭露一種氧化銦錫薄膜的制備方法，將氧化銦錫以濺鍍沉積的方式于基板上形成晶種層(seed layer)，再進一步調整濺鍍氣氛與條件，于晶種層上持續沉積出氧化銦錫薄膜。操作中由晶種層決定了整體薄膜的結晶性，而后半段沉積則影響了薄膜的片電阻等電學性質。此制備方法可制備極平整的氧化銦錫薄膜，粗糙度在1nm以內，無需進行進一步拋光，且具有良好的光學與電學性質，可應用于有機發光二極管。不論以上何種制備方法，氧化銦錫薄膜具有不可撓曲的缺點，且紅外光部分的透光率較低。
[0005]然而，氧化銦錫因原材料稀有造成價格高昂，同時氧化銦錫透明導電薄膜無法撓曲，都限制了氧化銦錫透明導電膜的應用范圍與未來性。
[0006]單層石墨，又稱為石墨烯(graphene),是一種由單層碳原子以石墨鍵(sp2)緊密堆積成二維蜂窩狀的晶格結構，為目前世界上最薄也是最堅硬的材料，導熱系數高于奈米碳管與金剛石，常溫下其電子遷移率亦比奈米碳管或硅晶體高，電阻率比銅或銀更低，為目前世界上電阻率最小的材料，僅一個碳原子的厚度同時讓石墨烯亦具有極佳的透光率，因此在透明導電膜的應用上極具潛力。
[0007]美國專利案US7976950B2揭露一種石墨烯透明導電膜的結構，其中該透明導電膜以化學氣相沉積的方式制備，且該透明導電膜結構由石墨烯片交互堆棧形成，限定石墨烯片大小大于50nm且層數在九層以內以提升堆棧效果可用于電子組件或顯示面板等應用。以此方法制備的石墨烯薄膜具有10_6Ω.πι的電阻率，且在550nm可見光范圍具有80%以上的透光率。但在實際操作中，石墨烯片對透明基板的附著能力有限，且藉由石墨烯片的大小與層數間接提升堆棧效果，對導電度的提升并不理想。
[0008]因此，需要一種解決現有技術中價格、制程及性質上種種問題的方法。
【發明內容】
[0009]本發明的主要目的是提供一種石墨烯透明導電膜，該石墨烯透明導電膜包含多個石墨烯片，以及透明導電黏結劑，該透明導電黏結劑將所述石墨烯片黏結而共同形成該石墨烯透明導電膜。所述石墨烯片與透明導電黏結劑的重量比為^^%至0.01wt%之間，而該透明導電黏結劑占該石墨烯透明導電膜的體積百分比為0.5%?10%。
[0010]該石墨烯透明導電膜的厚度小于20nm，該石墨烯透明導電膜的片電阻小于500ohm/sq,且該石墨烯透明導電膜的可見光(波長300nm?700nm)穿透度大于80%。
[0011]所述石墨烯片呈片狀,厚度為3nm?1nm,且平面橫向尺寸為Ium?5um。該透明導電黏結劑為一透明導電高分子，包含一聚噻吩(polyth1phene)結構，以及聚陽離子高分子(polycat1nic polymer)結構。更明確地，該透明導電黏結劑選自聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)(poly (3,4-ethylened1xyth1phene, PED0T)、聚(3,4_ 亞乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PED0T: PSS)、聚苯胺(polyaniline)、聚卩比咯(polypyrrole)的任一者或其組入口 ο
[0012]本發明藉由透明導電黏結劑的添加，作為石墨烯片堆棧區塊間的連接，形成一完整的導電網絡，有效降低薄膜的片電阻值，且不影響整體的透光度，使得薄膜可在高透光度下仍具有較佳的片電阻值，且可形成于可撓性的支持體上，擴展可應用的范疇。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明石墨烯透明導電膜的微結構示意圖。
[0014]其中，附圖標記說明如下:
[0015]I石墨烯透明導電膜
[0016]10石墨烯片
[0017]20透明導電黏結劑
【具體實施方式】
[0018]以下配合圖式及組件符號對本發明的實施方式做更詳細的說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。
[0019]參閱圖1，圖1為本發明石墨烯透明導電膜的微結構示意圖。如圖1所示，本發明石墨烯透明導電膜I包含多個石墨烯片10，以及一透明導電黏結劑20，該透明導電黏結劑20將所述石墨烯片10黏結，而共同形成該石墨烯透明導電膜1，該石墨烯透明導電膜I可貼附于一支持體(未顯示)上，其中所述石墨烯片10與透明導電黏結劑20的重量比為lwt%至0.01wt%之間。該透明導電黏結劑20占該石墨烯透明導電膜I的體積百分比為0.5%?10%。該石墨烯透明導電膜I的厚度小于20nm,該石墨烯透明導電膜I的片電阻小于500ohm/sq,且該石墨烯透明導電膜I的可見光(波長300nm?700nm)穿透度大于80%。
[0020]所述石墨烯片10呈片狀,厚度為3nm?1nm,且平面橫向尺寸為Ium?5um。該透明導電黏結劑20為一透明導電高分子,包含一聚噻吩(polyth1phene)結構，以及聚陽離子高分子(polycat1nic polymer)結構的至少其中之一。更明確地,該透明導電黏結劑 20 選自聚(3,4_ 亞乙二氧基噻吩)(poly (3,4-ethylened1xyth1phene, PED0T)、聚(3，4_亞乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PED0T: PSS)、聚苯胺(polyaniline)、聚吡咯(polypyrrole)的任一者或其組合。
[0021]該聚噻吩(polyth1phene)結構的化學式為:
[0022]
【權利要求】
1.一種石墨烯透明導電膜，其特征在于，包含: 多個石墨烯片，呈片狀，厚度為3nm~1nm,且平面橫向尺寸為Ium~5um ；以及 一透明導電黏結劑，將所述石墨烯片黏結， 其中該石墨烯透明導電膜的厚度小于20nm，所述石墨烯片與該透明導電黏結劑的重量比為lwt%至0.01wt%之間，該透明導電黏結劑占該石墨烯透明導電膜的體積百分比為0.5%~10%。
2.如權利要求1所述的石墨烯透明導電膜，其特征在于，該透明導電黏結劑為一透明導電高分子，包含一聚噻吩結構以及聚陽離子高分子結構的至少其中之一。
3.如權利要求1所述的石墨烯透明導電膜，其特征在于，該透明導電黏結劑包含聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)、聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸、聚苯胺、聚吡咯的至少其中之一。
4.如權利要求2所述的石墨烯透明導電膜，其特征在于，該聚噻吩結構的化學式為:
A為碳數為1-4的烷基自由基，或可取代1-4個碳的烷基自由基。
5.如權利要求2所述的石墨烯透明導電膜，其特征在于，該聚陽離子高分子結構的化學式為:
R1、R2、R3、R4為C1-C4的烷基，R5、R6為飽和或非飽合的亞烷基、芳香亞烷基或亞二甲苯基。
6.如權利要求1所述的石墨烯透明導電膜，其特征在于，該石墨烯透明導電膜于可見光下的穿透度大于80%。
7.如權利要求1所述的石墨烯透明導電膜，其特征在于，該石墨烯透明導電膜的片電阻小于 500ohm/sq。
【文檔編號】H01B5/14GK104183301SQ201310309784
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年7月23日 優先權日:2013年5月20日
【發明者】吳以舜, 謝承佑, 彭晟書 申請人:安炬科技股份有限公司