铜纳米线/石墨烯复合透明导电薄膜的制备与性能研究

The transparent conductive films have attracted much attention in recent years both in industrial and academic fields. The most promising materials among these are carbon nanotube, graphene, and silver nanowires. But three issues still remain, poor performance, high price and small-scale production. In this project, two main methods, electrospinning and hydrothermal reduction, are applied to synthesize cheap and scalable copper nanowires. The two-dimensional nanomaterial, graphene, is then coated on the copper nanowires films to enhance electrical conductivity, continuity, homogeneity, oxidation resistance and long-term durability. To optimize experimental parameters, we aim to produce copper/graphene hybrid transparent conductive films with a remarkable combination of high electrical conductivity and optical transparency, flexibility and stability. The contact and electric path between two nanomaterials, conducting mechanism and optical/electrical properties will also be investigated in this project. This work will provide bases for application of transparent conductive electrodes in organic light emitting diode and solar cell areas.

透明导电薄膜无论是在学术界还是产业界都受到长期广泛的关注。碳纳米管，银纳米线和石墨烯分别作为三个最具有潜力的材料逐步推进了这个领域的发展。但是性能上的差距和规模化制备，价格的因素都使其不可能彻底替代现有的氧化铟锡。本项目采用静电纺丝和溶液还原两种自下而上的制备方法，使用廉价的，可规模化的，接触电阻极小的铜纳米线导电网络作为基础，通过与二维碳纳米材料石墨烯的复合，有效提高薄膜的导电性，并且可以形成均匀、连续的导电电极，对铜纳米线的抗氧化性和长期稳定性都有所帮助。通过优化实验条件，制备出透光率与导电性兼顾的柔性铜纳米线/石墨烯复合透明导电薄膜，研究复合薄膜两种不同纳米材料之间的接触电阻，导电机理以及光学、电学性质，为其在有机发光二极管和太阳能电池中透明电极的应用打下良好的实验基础。

透明导电薄膜广泛应用于智能窗，平板显示，触摸屏和有机太阳能电池等诸多领域。氧化铟锡（ITO）是应用于透明导电薄膜最常见的材料，但是其昂贵的价格，复杂的制作工艺以及不可弯折性限制了其在柔性电子器件中的应用。我们发明了一种简单的制备薄膜状，透明，可导电的铜纳米线网络结构薄膜的方法。制备的铜纳米线直径为30纳米左右，长度可以达到平均41微米，使用的方法为化学水热还原法。我们利用聚碳酸酯超滤膜成功把溶液中的铜纳米线无损的转移到透明基底上。在低浓度的时候，铜纳米线薄膜的透光率可以达到98.1%。在转移到聚对苯二甲酸乙二酯基底上可以实现面电阻13ohm/sq，透光率85%以上，并且有很好的抗弯折性。这种铜纳米线透明导电薄膜的直流导电率/光导率可以达到150，这比其他纳米材料银纳米线130和碳纳米管膜25都要高出很多。并且这种铜纳米线薄膜在弯折1000的情况下，电阻变化率保持在15%以内，显示出良好的抗弯折性。由于这种材料的低价格，良好的柔韧性，极高的光学透过率和极小的表面电阻并且可以大规模水相制备，铜纳米线就成为一种非常优秀的透明导电薄膜材料。