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【光学膜会议系列报道】柔性透明导电膜的技术研展

发布时间:2015-07-09 09:27   浏览:1758   返回列表
    2015年7月2日,由unima新材料产业网主办的2015光学膜市场与技术研讨峰会(同期举办:光学膜产业链高峰论坛)在宁波万豪酒店隆重举行。
    会上,中科院宁波工研院(材料所)规划战略部部长,博士,研究员,博士生导师,宋伟杰先生应邀出席,并就“柔性透明导电膜的技术研展”这一主题发表了演讲。
    随着平板显示、触摸屏等产业的迅猛发展,其中主体的透明导电材料ITO薄膜生产规模快速增长,引发了铟资源和价格等方面的诸多问题,寻找其替代材料已经受到广泛关注。
    回顾透明导电薄膜的发展历史
    最早的导电膜材料氧化铬,被应用于坦克的反射镜上。自二十世纪初透明导电氧化物薄膜发现以来,经过一百多年的发展,透明导电膜在技术和应用上都实现了巨大的突破。进入九十年代后,随着纳米技术研究的突破,碳纳米管、石墨烯、银纳米线等一批新型导电材料不断涌现,透明导电薄膜成为上述材料应用的重要领域。
    但宋伟杰博士表示,发展到现在,目前还没有出现能完全超越ITO的导电膜材料出现。
    ITO透明导电膜的产业化应用
    ITO透明导电膜目前被普遍用于智能手机、平板电脑、触控NOTEBOOK等电子产品上,其材料具有非常优良的特性:不管是电阻率、载流子浓度、迁移率,还是极低 的可见光吸收,都是其普及型的原因。
    而决定ITO能“一统天下”的优势,宋伟杰博士表示,则是以下三点:
    1.大面积均匀性好
    2.腐蚀特性好
    3.工艺兼容性好
    正如每一个硬币都有正反面,ITO透明导电膜也有其缺陷。宋伟杰博士从材料和装备两个方面来解释这一问题。他提到,在材料问题上,目前ITO的最大应用是ITO导电膜,产量是随着平板显示产业的发展同步增加的,而铟属于稀有金属(我国是铟的主要产区),因此成本上会逐渐增加;另外,ITO耐弯折的特性稍差,对于如OLED等方面的应用恐力有不足。在装备问题上,磁控溅射是大面积制备ITO膜的主要手段,而目前该量产设备和高质量靶材目前基本依赖进口。
    正因为ITO的这些特性,使其开始在日渐发展的导电膜应用需求中显得力有不逮。近几年业界在对ITO替代物的寻找与制备上产生了浓厚的兴趣、投入了巨大的精力,随之而来的是Metal mesh、CNT、银纳米线、Graphene等材料的出现。其中,石墨烯因为获得诺贝尔奖而受到了极大的关注;而纳米银线也得到了迅猛的发展。
    展望透明导电膜的应用愿景
    从ITO、AZO、FTO到导电聚合物碳纳米管、石墨烯、金属纳米材料等,光电器件在不断发展中逐渐形成了几种趋势,宋伟杰博士提到了三个字:柔性化。目前应用最为广泛的透明导电膜是在玻璃、陶瓷等硬质基材上制备的,但这些基材存在质脆、不易变形等缺陷,限制了透明导电薄膜的应用。与硬质基材透明导电膜相比,在有机柔性基材上制备的透明导电薄膜不仅具有相同的光电特性,而且还具有许多独特优点,如:可弯曲、重量轻、不易破碎、可以采用卷对卷工业化连续生产方式等。
    随后,宋伟杰博士通过几张数据图,分析和对比了几种典型材料的特性,包括方块电阻、厚度、载流子浓度、微观结构、表面形貌等。
谈到对透明导电膜的未来应用预测,宋伟杰博士引用了一张国外专家的图片指出:现在的导电膜主要应用于平板电脑、太阳能电池等,正朝着电子纸、OLED、UV sensor等方向发展,未来,还有可能应用于功能化窗户、新型太阳能电池、智能卡等方面。
    在演讲的最后,宋伟杰博士概要介绍了中科院宁波材料所在透明导电薄膜领域的研究工作,如铝掺杂氧化锌TCO、滚涂制备银纳米线、PET衬底 Ag mesh等。
针对本次演讲的内容,宋伟杰博士总结了以下三点:
    1.产业需求的材料技术发展vs材料科学发展带来的新材料技术。
    2.透明导电膜需要考虑的,不仅仅是导电性和透过率,还包括稳定性、大面积均匀性、表面形貌、缺陷、重复性、成本、可加工性等问题。
    3.新兴的TCEs大概不会取代现有的TCEs,而更可能找到新领域和小众市场。
 
 

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