重大突破！柔性透明導(dǎo)電膜低溫制備技術(shù)問世

需要增透減反技術(shù)可以聯(lián)系我們上海工廠18917106313

上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學(xué)儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專業(yè)的光電鍍膜公司，技術(shù)背景依托中國科學(xué)院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學(xué)儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學(xué)透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。

摘要：本文詳細(xì)闡述了柔性透明導(dǎo)電膜低溫制備技術(shù)這一重大突破。通過對傳統(tǒng)制備技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)分析，引出低溫制備技術(shù)的研發(fā)背景。深入探討了該技術(shù)的原理、具體制備方法及實(shí)驗(yàn)過程，展示了其在降低成本、提高生產(chǎn)效率、拓展應(yīng)用范圍等方面的顯著優(yōu)勢。同時(shí)，對該技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望，并對未來的研究方向提出了見解，為柔性透明導(dǎo)電膜領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展提供了參考。

一、引言

柔性透明導(dǎo)電膜（Flexible Transparent Conductive Films，F(xiàn)TCFs）因其獨(dú)特的柔韌性和良好的光學(xué)透明性與導(dǎo)電性，在現(xiàn)代電子設(shè)備中扮演著至關(guān)重要的角色。從可折疊顯示屏、柔性太陽能電池到智能可穿戴設(shè)備，F(xiàn)TCFs 的應(yīng)用無處不在。然而，傳統(tǒng)的 FTCFs 制備技術(shù)存在諸多局限性，其中高溫制備過程帶來的高成本、對柔性基底的損傷以及難以與某些熱敏材料兼容等問題，嚴(yán)重制約了 FTCFs 的大規(guī)模應(yīng)用和性能提升。因此，研發(fā)一種低溫制備技術(shù)成為該領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問題。

二、傳統(tǒng)制備技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

（一）高溫制備的高成本

傳統(tǒng)的 FTCFs 制備方法，如物**相沉積（PVD）中的磁控濺射、化學(xué)氣相沉積（CVD）等，往往需要在高溫環(huán)境下進(jìn)行。例如，磁控濺射制備氧化銦錫（ITO）透明導(dǎo)電膜時(shí)，基底溫度通常需達(dá)到 200 - 500℃，CVD 法制備碳納米管（CNT）基 FTCFs 時(shí)，反應(yīng)溫度甚至高達(dá) 800 - 1000℃。高溫環(huán)境不僅需要消耗大量的能源，增加了生產(chǎn)成本，還對設(shè)備的耐高溫性能提出了極高要求，進(jìn)一步提高了設(shè)備投資成本。

（二）對柔性基底的損傷

柔性基底材料，如聚對苯二甲酸乙二酯（PET）、聚酰亞胺（PI）等，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度相對較低。在高溫制備過程中，這些柔性基底容易發(fā)生變形、熱降解等現(xiàn)象，導(dǎo)致 FTCFs 的柔韌性和機(jī)械性能下降。例如，PET 在溫度超過 150℃時(shí)，就會出現(xiàn)明顯的收縮和力學(xué)性能劣化，嚴(yán)重影響了 FTCFs 在柔性電子設(shè)備中的應(yīng)用可靠性。

（三）與熱敏材料兼容性差

在一些新興的應(yīng)用中，需要將 FTCFs 與熱敏材料集成，如有機(jī)半導(dǎo)體材料用于柔性有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）顯示器。然而，傳統(tǒng)高溫制備技術(shù)會使熱敏材料發(fā)生熱分解或性能改變，無法實(shí)現(xiàn)有效的集成，限制了 FTCFs 在這些領(lǐng)域的應(yīng)用拓展。

三、低溫制備技術(shù)原理

（一）低溫等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）原理

低溫 PECVD 技術(shù)是在傳統(tǒng) CVD 基礎(chǔ)上發(fā)展而來。在 PECVD 過程中，通過射頻（RF）或微波（MW）等方式產(chǎn)生等離子體。等離子體中的高能電子與反應(yīng)氣體分子碰撞，使其激發(fā)、電離，從而降低了反應(yīng)所需的活化能，使得反應(yīng)能夠在較低溫度下進(jìn)行。以制備氧化鋅（ZnO）基 FTCFs 為例，在低溫 PECVD 系統(tǒng)中，通入鋅源氣體（如二乙基鋅，DEZn）和氧源氣體（如氧氣，O?），在等離子體環(huán)境下，DEZn 和 O?發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在基底表面沉積形成 ZnO 薄膜。由于等離子體的作用，反應(yīng)溫度可降低至 100 - 200℃，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng) CVD 法所需溫度。

（二）溶液法低溫制備原理

溶液法低溫制備 FTCFs 主要基于化學(xué)溶液中的離子反應(yīng)和自組裝過程。以制備銀納米線（AgNW）基 FTCFs 為例，首先通過化學(xué)還原法在溶液中合成 AgNWs。然后，將含有 AgNWs 的溶液均勻涂覆在柔性基底上，如通過旋涂、噴涂等方法。在室溫或低溫（一般不超過 100℃）條件下，利用溶劑揮發(fā)、離子交聯(lián)等作用，使 AgNWs 在基底表面形成相互連接的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。這種方法避免了高溫處理，有效保護(hù)了柔性基底的性能。

四、低溫制備技術(shù)的具體方法及實(shí)驗(yàn)過程

（一）低溫 PECVD 制備實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料：采用射頻 PECVD 設(shè)備，配備溫度控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)材料包括柔性 PI 基底、DEZn、O?以及氬氣（Ar）作為載氣。

實(shí)驗(yàn)步驟：首先將 PI 基底放入 PECVD 反應(yīng)腔室，抽真空至 10?? Pa 量級。然后通入 Ar 氣清洗腔室，接著按一定比例通入 DEZn 和 O?，開啟射頻電源，設(shè)置功率為 100 - 200 W，反應(yīng)溫度為 150℃，沉積時(shí)間為 30 - 60 分鐘。在反應(yīng)過程中，通過石英晶體微天平實(shí)時(shí)監(jiān)測薄膜的沉積速率。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：成功制備出具有良好結(jié)晶質(zhì)量的 ZnO 薄膜，其在可見光范圍內(nèi)的透光率達(dá)到 85% 以上，方塊電阻低至 100 - 200 Ω/□，且 PI 基底未出現(xiàn)明顯變形或性能劣化。

（二）溶液法制備 AgNW 基 FTCFs 實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料：實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括磁力攪拌器、超聲清洗器、旋涂儀等。材料有硝酸銀（AgNO?）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、乙二醇（EG）作為還原劑、柔性 PET 基底。

實(shí)驗(yàn)步驟：首先在 EG 溶液中加入 AgNO?和 PVP，攪拌均勻后，在 160℃油浴中反應(yīng) 3 - 4 小時(shí)，合成 AgNWs。將合成的 AgNWs 溶液超聲分散后，用旋涂儀以 3000 - 4000 r/min 的轉(zhuǎn)速涂覆在 PET 基底上，然后在 60℃烘箱中干燥 10 - 15 分鐘，使溶劑揮發(fā)并促進(jìn) AgNWs 網(wǎng)絡(luò)的形成。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：制備的 AgNW 基 FTCFs 在可見光區(qū)透光率可達(dá) 90% 左右，方塊電阻為 50 - 100 Ω/□，PET 基底保持良好的柔韌性，彎折 1000 次后，薄膜的電學(xué)性能和光學(xué)性能無明顯下降。

五、低溫制備技術(shù)的優(yōu)勢

（一）成本顯著降低

能源消耗減少：由于低溫制備技術(shù)反應(yīng)溫度大幅降低，相較于傳統(tǒng)高溫制備技術(shù)，能源消耗可降低 50% - 80%。以大規(guī)模生產(chǎn) ITO 薄膜為例，采用低溫 PECVD 技術(shù)，每年可節(jié)省大量的電費(fèi)支出。

設(shè)備投資成本降低：低溫環(huán)境對設(shè)備的耐高溫要求降低，可選用更為普通的設(shè)備材料，從而降低了設(shè)備的投資成本。例如，傳統(tǒng)高溫 CVD 設(shè)備的造價(jià)通常在數(shù)百萬至上千萬元，而低溫 PECVD 設(shè)備造價(jià)可降低 30% - 50%。

（二）生產(chǎn)效率提高

更快的沉積速率：在低溫 PECVD 技術(shù)中，等離子體的存在加速了反應(yīng)氣體的活化和沉積過程，使得薄膜的沉積速率相較于傳統(tǒng) CVD 法提高了 2 - 3 倍。在溶液法制備中，低溫干燥過程時(shí)間短，且可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，如采用卷對卷（roll - to - roll）工藝，大大提高了生產(chǎn)效率。

減少設(shè)備維護(hù)時(shí)間：低溫環(huán)境下，設(shè)備的部件磨損和老化速度減緩，設(shè)備維護(hù)周期延長，維護(hù)成本降低，進(jìn)一步提高了設(shè)備的有效生產(chǎn)時(shí)間。

（三）拓展應(yīng)用范圍

與熱敏材料的兼容性增強(qiáng)：低溫制備技術(shù)使得 FTCFs 能夠與有機(jī)半導(dǎo)體、生物材料等熱敏材料有效集成。例如，在柔性 OLED 顯示器中，可采用低溫制備的 FTCFs 作為陽極，與有機(jī)發(fā)光層**匹配，提高了顯示器的發(fā)光效率和穩(wěn)定性。

適用于更多柔性基底：由于對柔性基底的損傷小，低溫制備技術(shù)可應(yīng)用于更多種類的柔性基底材料，如熱穩(wěn)定性較差的聚乙烯醇（PVA）、纖維素等，為 FTCFs 在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)保等領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了新途徑。

六、應(yīng)用前景

（一）柔性電子設(shè)備領(lǐng)域

可折疊顯示屏：低溫制備的 FTCFs 能夠滿足可折疊顯示屏對薄膜柔韌性、導(dǎo)電性和光學(xué)透明性的嚴(yán)格要求。在多次彎折過程中，薄膜不易出現(xiàn)裂紋或性能下降，為實(shí)現(xiàn)高分辨率、大尺寸的可折疊顯示屏提供了關(guān)鍵技術(shù)支持。

柔性傳感器：用于制作各類柔性傳感器，如壓力傳感器、溫度傳感器等。低溫制備的 FTCFs 可與柔性敏感材料集成，提高傳感器的靈敏度和穩(wěn)定性，在智能可穿戴設(shè)備、醫(yī)療監(jiān)測設(shè)備等方面具有廣闊應(yīng)用前景。

（二）新能源領(lǐng)域

柔性太陽能電池：作為柔性太陽能電池的電極材料，低溫制備的 FTCFs 能夠有效降低電池的制造成本，提高電池的柔韌性和可彎曲性。在一些特殊應(yīng)用場景，如建筑物的柔性光伏幕墻、可穿戴太陽能設(shè)備等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。

新型儲能器件：在柔性超級電容器、鋰離子電池等儲能器件中，F(xiàn)TCFs 可作為集流體或電極修飾材料。低溫制備技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)儲能器件與柔性基底的良好結(jié)合，提升儲能器件的性能和柔性。

（三）生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

生物傳感器：利用低溫制備的 FTCFs 與生物材料的兼容性，可制作生物傳感器用于檢測生物分子、細(xì)胞等。例如，在血糖傳感器、DNA 傳感器等方面，F(xiàn)TCFs 能夠提供穩(wěn)定的導(dǎo)電通路，實(shí)現(xiàn)生物信號的快速、準(zhǔn)確檢測。

可植入醫(yī)療設(shè)備：在可植入的柔性神經(jīng)電極、心臟起搏器等醫(yī)療設(shè)備中，低溫制備的 FTCFs 可作為電極材料，其良好的柔韌性和生物相容性，能夠減少對人體組織的損傷，提高設(shè)備的**性和可靠性。

七、未來展望

    盡管柔性透明導(dǎo)電膜低溫制備技術(shù)取得了重大突破，但仍有許多方面需要進(jìn)一步研究和完善。在材料方面，需要開發(fā)性能更優(yōu)異的導(dǎo)電材料和柔性基底材料，以進(jìn)一步提高 FTCFs 的綜合性能。

   在制備工藝上，需進(jìn)一步優(yōu)化低溫制備過程，提高薄膜的均勻性、穩(wěn)定性和可重復(fù)性。同時(shí)，加強(qiáng)對低溫制備技術(shù)的基礎(chǔ)研究，深入理解反應(yīng)機(jī)理和薄膜生長機(jī)制，為技術(shù)的持續(xù)**提供理論支持。此外，隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)TCFs 將面臨更多的應(yīng)用需求和挑戰(zhàn)，低溫制備技術(shù)有望在這些領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

總之，柔性透明導(dǎo)電膜低溫制備技術(shù)的問世，為該領(lǐng)域帶來了新的發(fā)展機(jī)遇，有望在未來的科技發(fā)展中發(fā)揮重要作用，推動眾多行業(yè)的技術(shù)革新和產(chǎn)品升級。

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