用于柔性电子产品的AZO/石墨烯复合材料制备及性能研究

【摘要】透明导电材料是一种具备优异电学和光学性能的材料,在太阳能电池、液晶显示器、触摸屏及其它光电器件领域被大量使用,在这些领域中主要以透明导电薄膜的形式存在。目前,透明导电薄膜主要通过磁控溅射等方法制备在玻璃、硅片等硬质衬底,无法弯曲折叠。而柔性电子材料和柔性太阳电池是电子产品及新能源产业的发展方向。柔性太阳电池是解决当前太阳电池易碎、笨重、难以安装在非平面结构的有效方案,并能与建筑、交通工具和电器很好地融为一体。目前普遍使用的透明导电电极是铟锡氧化物(ITO)薄膜,但铟资源稀少,制膜设备昂贵、其薄膜无法弯曲折叠,发展不使用稀有资源的柔性透明导电薄膜有十分重要的实用价值。本文制备了高长径比的铝掺杂氧化锌(Al-dopedZnO,简称AZO)纳米线,并与石墨烯复合,采用卷对卷工艺在柔性PET衬底上制备了透明导电薄膜。同时利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、能谱分析(EDS)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)以及四探针测试仪对所制备材料的形貌、结构和性能进行了表征。主要研究内容包括：利用水热法分别在硅片、FTO导电玻璃和载玻片三种衬底上制备了纳米AZO。结果表明,在硅衬底上制备的材料呈现良好的一维线状结构,AZO纳米线与硅衬底垂直生长,具有良好的c轴取向。AZO纳米棒长度约为0.5-1.5μm,直径20-80nm,长径比可达30-50,并且当Al的摩尔掺杂量在5%和7%时,具备较好的形貌。以载玻片为衬底制备的纳米AZO材料,其形貌也为一维结构,并且Al掺杂量不同时,形貌有所差异,其长径比在10左右。以FTO导电玻璃为衬底制备的材料,其形貌为均匀的片层花瓣状结构。利用低温水热法在无衬底存在的条件下制备了长径比高达100以上的AZO纳米线,线与线相互交错,构成网状结构。通过改变实验条件,制备出了片层、纳米微球、花瓣状等多种形貌的纳米材料。利用热分解法制备了长径比达20左右的AZO纳米线。利用溶胶凝胶法制备的纳米材料则为由片层相互堆叠而成的AZO多级结构。并研究了添加剂HMTA、PEG-400和pH值对水热制备AZO纳米结构的影响。利用还原氧化石墨烯的方法制备了石墨烯,并在玻璃衬底用浸渍提拉法法制备了一层石墨烯薄膜,然后水热制备了纳米AZO。利用水热、溶剂热等方法制备了AZO/rGO复合材料,得到了多种不同形貌的复合材料。单次提拉石墨烯制备的复合材料薄膜比两次提拉制备的复合材料薄膜透过率高,并且AZO/rGO复合材料薄膜的透过率比单一石墨烯薄膜的透过率高。四探针测试仪结果表明,采用卷对卷工艺在柔性PET衬底制备的复合材料电阻为104Ω,相比PET本身的电阻(1012Ω)已降低很多,透过率可达70%,其透过率较好。
【作者】曹建路；
【导师】陈培；
【作者基本信息】东华大学，材料工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】铝掺杂氧化锌(AZO)纳米线；石墨烯；柔性导电材料；

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