叶脉状分级银网格透明电极的制备及其在电致变色器件中的应用

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电致变色是一种可以通过电信号实现对光学特性控制和调节的非发光技术。这种技术在电子纸状显示器,汽车防眩后视镜,建筑物中的节能智能窗,运动伪装以及可穿戴智能电子器件等诸多的领域内获得了广泛的使用。迄今为止,大多数电致变色器件的制造都无法绕过传统的刚性ITO透明导电玻璃。然而,这些刚性的ITO透明电极难以满足新一代柔性电子设备对耐弯折性能的要求,这迫使人们急需研发新一代柔性透明导电薄膜来替代ITO导电玻璃。在ITO产品的众多替代品中,金属网格结构的透明导电膜因其具有优异的光电特性和良好的耐弯折性能而受到广泛的关注。然而,现有的金属网格导电薄膜的制备方法通常基于传统的光刻技术,不仅价格昂贵,而且操作复杂,这极大的限制了其在未来柔性电子器件中的应用。基于此,本研究将致力于探求一种成本低廉、工艺简单且适用于大规模工业生产的方法来制造具有良好光电性能的柔性透明电极。本文首先借鉴土地龟裂的自然现象,研究了一种利用TiO2胶体龟裂形成的裂纹模板来制备柔性透明电极的工艺。通过控制TiO2胶体溶液的浓度、单位面积胶体溶液涂覆的剂量以及干燥温度等参数来探究影响TiO2胶体龟裂的因素。然后基于胶体裂纹模板制备出具有良好的机械柔性且透光率为91%、方块电阻为4.3Ωsq-1的叶脉状银金属网格柔性透明电极。由上述方法制备的柔性透明导电膜在模板自开裂的过程中不可避免地存在一些缺陷(如开裂不彻底、不连贯、不均匀等),特别是在大面积的导电薄膜的生产中,这些缺陷会更加的明显。基于此,我们设计了一种具有叶脉状分层次结构的导电金属网格,通过激光刻蚀的方法在裂纹膜的基础上构筑导电主干网络,用以连接并贯通无序分布的裂纹分支,实现电流的远距离无中断传输。本工作中,电极中的叶脉状分层次金属网格结构由中尺度的“主干”和微尺度的“分支”组成。利用胶体开裂形成的微尺度图案制备的微尺度分支栅格用以收集电子,而激光蚀刻形成的主干栅格用来将收集的电子进行远距离的传输。叶脉状分层金属网的大面积柔性透明电极不仅具有较高的可见光透过率(~81%)还具有很低的薄层电阻(1.36Ωsq-1)。通过对栅格宽度、间隙以及Ti02胶体裂纹图案大小的调整可以实现对导电膜光电性能的优化。最后,基于上述新型的叶脉状分层次金属网格透明电极,我们使用简单的磁控溅射技术研制了具有优良变色循环稳定性的柔性电致变色薄膜(经过3000圈的循环伏安测试后依然保有较好的稳定性;在10000次的变色循环后仍然可以保留初始状态76.3%的光学对比度)。本论文所制备的具有优良光电性能和耐弯折性能的叶脉状分层次结构的金属网格透明电极将为下一代柔性可穿戴光电器件提供了一种很有前景的柔性透明电极。
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