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透明导电膜应用领域广泛,应用领域涵盖触摸屏、柔性显示器、oled照明与太阳能电池等。在柔性显示或照明、触摸屏等光电器件中,高性能的透明电极是器件的重要组成部分。作为一种半导体透明薄膜,透明导电膜ito(氧化铟锡)中含有约30%铟元素,而铟矿属于稀有矿产,来源,价格昂贵,全球预估铟储量仅约5万吨,其中可开采的占50%,同时真空ito溅射技术镀膜成本高;
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成膜后再由激光进行蚀刻,生产出需要的图案,在蚀刻环节中很大一部分原材料被浪费,其生产工艺复杂,生产设备投资巨大,并且能源消耗很高。同时随着科技水平的飞速发展,柔性显示或照明、智能家居、触控设备成为了未来发展的主流方向,而且其发展趋势为大屏化、分辨率逐步提升、可弯曲的柔性屏幕。根据nanomarket在2010年公布的市场数据,透明导电薄膜在2010年的市场为24亿美元,预计到2017年将达到76亿,年增长为45%。其中铟系材料ito仍为主导,但其市场份额将逐年递减,因此,增长主要来源于以纳米银材料为代表的非铟系透明导电薄膜材料的增长。
传统的ito薄膜在兼顾可弯曲,导电性及透光率方面,存在下列缺陷:生产成本相对较高;稀有金属铟采储量有限;材料比较脆;红外透射率低,在柔性电极中应用受到限制。在柔性透明导电薄膜有重大需求的市场前景下,开发新的具有高导电性、高透光性和高稳定性新型透明电极,寻找一种可以取代ito技术的技术解决方案,具有广泛的应用前景和重要的商业价值,也是实际应用的迫切需要。
在目前主流的透明导电薄膜研究中,石墨烯、碳纳米管、银纳米线和金属网格等是目前最重要的有望规模生产的可取代ito薄膜的技术。目前石墨烯无法获得大面积完整无缺陷的单层结构,而多层石墨烯尽管可以弥补单层结构不完整的缺陷,但是却要以牺牲光学透过率为代价。碳纳米管之间有较高的结电阻,高度有序排列的碳纳米管也很难用已有的技术方法制备,其薄膜产品导电性和透光性还不能达到普通ito薄膜的水平。银纳米线具有较好的透光性和导电性,在实验室可获得小面积高透光性的透明导电薄膜。但击穿电压低,接触电阻高,耐氧化性差,与柔性聚合物基底粘附力不高,在器件应用中很难形成稳定均一的传导电流。同时银纳米线材料合成步骤较为繁琐,材料成本高,溶液不稳定性,容生团聚,制备大面积薄膜需要复杂而昂贵涂布仪器,目前大面积规模化生产受到了成本等诸多因素的限制。
嵌入式网栅技术制成的薄膜,由于性能相对比较稳定,可以适用于大面积涂布(目前面积可以达到60英尺),其导电及透明性与ito薄膜相当,可以在有机聚合物基材上大面积生产,目前产品已经在中大尺寸触摸屏产品、柔性led方面取得了广泛的应用。
现有技术中利用普通非专用于金属网格银浆可以部分实现透明导电的功能,然而,现有的银浆存在着与pet(聚对苯二乙二醇酯)等聚合物基材的附着力小、易脱落、网格线断线、金属银栅线侧壁开裂等问题,大幅度影响了产品的良率,特别是在50寸以上的pet基板上,断线、侧壁开裂等问题严重下降了产品的良率。同时加热温度在150℃以上,受加热伸缩的影响,pet基材很难耐150℃的温度。