Cu_xZn_yS三元硫化物柔性透明导电薄膜的制备及性能研究

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作为常见的硫化物材料,Zn S具有良好的透光性但导电性略差;与之相反,Cu S虽然透光性较差,却具有能与金属材料相比拟的导电性能。若将二者的特性进行有机地结合,有望开发得到兼具良好透光性与导电性的薄膜产品,为透明电子器件的广泛应用奠定基础。因此CuxZnyS三元硫化物薄膜材料的研究和开发,在透明导电膜研究领域具有极为重要的意义。本研究采用化学浴沉积法,以柔性PET为基材,分别在酸性和碱性两种不同的前驱体溶液体系中制备得到了性能优良的CuxZnyS三元硫化物透明导电薄膜。实验中利用紫外-可见分光光度计和四探针电阻测试仪,对在各参数条件下制得薄膜样品的透光性和导电性进行测试表征。采用扫描电子显微镜及其所附带的EDS能谱仪和X射线衍射仪,对样品的元素组成、形貌和结构特征进行表征。最后,将优化后的实验参数进行工艺放大,制备得到大尺寸透明导电薄膜,以其不同区域的透光率和方块电阻数值作为评价标准,考察了制得的大尺寸CuxZnyS三元硫化物薄膜的均匀性。采用3M胶带测试法,测定了薄膜在柔性PET基材上的附着力等级。利用自制的薄膜导电性弯曲测试装置测试了薄膜的抗挠曲性能,对薄膜在不同弯曲程度和经不同弯曲次数后的电阻值变化情况进行了分析。测试结果表明,在酸性条件下,通过对各反应物的种类及投料浓度、前驱体溶液p H值、反应温度、反应时间和后处理温度等实验条件的调节与优化,制得了综合表现最佳的,组成为Cu0.28Zn0.60S的p型透明导电薄膜,其方块电阻为82.3Ω/□,透光率为73.8%。膜层与PET基材之间的附着力等级为5B级别,具有良好的结合牢度。在碱性条件下,通过对各反应物种类及投料浓度、络合剂浓度、前驱体溶液液p H值、反应温度、反应时间和后处理温度等主要实验条件的调节与优化,制得了综合表现最佳,组成为Cu0.29Zn0.62S的p型透明导电薄膜,其方块电阻为129.3Ω/□,透光率为72.5%。对工艺参数进行等比例放大,制备获得的大尺寸薄膜仍可保持良好的导电及透光性能,薄膜各区域实测性能数据的波动不大,均匀性良好。在酸碱两种体系中,所获得的薄膜样品经上千次的大尺度弯曲操作后,其导电性均能基本保持稳定,表明具有良好的抗挠曲性。
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