[发明专利]一种纸基柔性电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种纸基柔性电极，所述纸基柔性电极为在纸基衬底和导电层之间设置缓冲层，所述的缓冲层由富含氨基的阳离子型聚合物构成，所述的导电层由导电纳米材料和基质构成，所述基质为富含羟基的聚合物。本发明可制备具有低表面粗糙度，均匀导电性，极强粘附性和极佳柔韧性的纸基电极，并可兼容卷对卷工艺进行大面积、高效率、低成本的生产。同时，可将其结合图形化工艺和半导体材料制程，进一步制备柔性、可穿戴、低成本、可生物降解的纸基柔性光电器件，应用前景广泛。

技术领域

本发明属于柔性导电薄膜技术领域，更具体地，涉及一种纸基柔性电极及其制备方法和应用。

背景技术

纸张以其轻薄、低成本、环保、柔性可折叠的优点被广泛应用于生活中，例如卫生用纸、报纸杂志、标签、广告牌等。近年来，纸基光电器件备受关注，因其具备可应用于人体穿戴、建筑外形、户外展板等需要适应自由曲面的新功能，并容易以相对较低成本的印刷制程实现大面积制备，并且环保可回收。

电极作为光电器件中最基本的单元，是诸如触控面板、平板显示器、太阳能电池、可致发光器件等设备中不可或缺的一部分。传统的电极都是以金属或金属氧化物为主要的制作材料，质地较脆，不具备可挠曲的特性，因此在柔性光电子的应用领域上受到极大的限制。目前用于制作柔性电极的导电材料主要有：金属纳米线、金属纳米颗粒、石墨烯与碳纳米管、导电高分子等。其中采用导电纳米材料制备的柔性电极具有优异的导电性能和极佳的柔韧性，在经过多次弯折后仍能保持较低的表面电阻值。

然而，纸基柔性电极的制备将面临以下技术难点：1) 纸张的多孔特性将导致溶液渗透而使印刷精度下降；2)纸张的表面粗糙度较大将导致导电材料无法填满凹坑，不适用于对电极平整度要求极高（小于50 nm）的光电器件；3)导电材料在纸张衬底上的附着力较差以至于容易脱落。传统纸基电极的制备方法主要有两种：一是选择铜版纸、防水相纸等表面较为光滑平整的纸基衬底，通过热蒸镀一层金属或者涂布导电材料以形成电极；二是在纸基衬底上制备缓冲层，主要以无机氧化物、矿物填料、水溶性聚合物等材料为主，然后热蒸镀一层金属或者涂布导电材料以形成电极。然而，以上两种制备方法都只解决了纸基衬底表面粗糙度较大的问题，针对导电材料在纸基衬底的附着力却无明显提升。

因此需要一种新的材料，并可以通过导电纳米材料制备兼具较强粘附性和低表面粗糙度的纸基柔性电极，并将其应用于各种纸基光电器件中。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术中的不足，提供了一种纸基柔性电极。

本发明的另一目的在于提供上述纸基柔性电极的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述纸基柔性电极在制备光电显示材料中的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种纸基柔性电极，所述纸基柔性电极为在纸基衬底和导电层之间设置缓冲层，所述的缓冲层由富含氨基的阳离子型聚合物构成，所述的导电层由导电纳米材料和基质构成，所述基质为富含羟基的聚合物。

在纸张制浆过程会残留一些半纤维素和木质素于纤维中，它们带有一定量的羧基、磺酸基、酚醛基等基团（一部分是由纤维素经蒸煮、漂白等处理后引入的，另一部分则是半纤维素中葡萄糖醛酸上固有的），这些羧基、磺酸基、酚醛基的离解会导致纸张纤维表面带上负电荷。同时，富含氨基的聚合物因其在溶液中发生氨基质子化（NH³⁺），所以具有质子化氨基（NH3⁺）的聚合物缓冲层与表面电荷为负的纸基衬底纤维之间由于离子键的作用而紧密结合。

富含羟基的聚合物与富含氨基的聚合物可以很好地进行混合，原因是归于羟基与氨基之间形成了分子间氢键。借助该性质，本发明提供的纸基柔性电极中，基质中富含的羟基与缓冲层中富含的氨基形成的分子间氢键也会对基质部分包裹的导电纳米材料与缓冲层的黏附性有部分提升。