柔性透明导电薄膜及相关显示器件.ppt
石墨烯透明导电薄精品文档30页
= 380— 780nm
1.1透明导电薄膜概念及应用
透明导电薄膜（TCFs transparent conducting films）是
指在可见光区（ = 380— 780nm）有较高的透光率
3.1CVD-用Cu作为基底
Srivastava等采用CVD法在Cu箔上沉积石墨烯 膜，得到连续的单层和多层的石墨烯膜，与其 它小组不同的是他们采用的前体不是气体而是 液相前体乙烷，如下图所示。基于液相前体的 方法开创了一种便宜、方便的制备石墨烯薄膜 的方法。采用含有各种掺杂的有机溶剂作前体 可以制备掺杂的石墨烯薄膜。
（例如可弯曲的LCD、有机太阳能电池）的性能要求。 （3）ITO的制备方法（例如喷镀、蒸发、脉冲激
光沉积、电镀）费用高昂。
2.1石墨烯的优良特性
自2019年第一次制备得到独立的单层石墨烯 以来，吸引了众多科学家对石墨烯的研究，石 墨烯已经成为材料及凝聚态物理领域一颗闪耀 的新星。
石墨烯独特的二位晶体结构，赋予了它独特的 性能，研究发现，石墨烯具有优良的机械性能， 杨氏模量约1000GPa，同时由于其特殊的能 带结构，石墨烯也表现出许多优良的的电学性 质。
（Tavg大于80%），并且有优良的导电性，电阻率可以 达到一下10-5*m的薄膜材料。 透明导电薄膜是许多光电子器件的重要组成部分，例如 液晶显示器（LCD），有机太阳能电池，有机发光二极 管（OLCD）等。 常用的透明导电薄膜包括金属膜、氧化物膜（主要是指 铟锡氧化物（ITO））、有机高分子膜、复合膜等
2.2石墨烯优良的光电性质
一、优良的电学性质：
1、研究表明，石墨烯电子传导速率可8*105m*s-1
达
，
ITO透明导电薄膜替代品发展现状
ITO透明导电薄膜替代品发展现状ITO（Indium Tin Oxide）透明导电薄膜是一种广泛应用于电子显示器件、太阳能电池、光伏设备等领域的材料。
然而，ITO材料存在稀缺和昂贵的问题，而且制造过程中需要使用有毒材料和昂贵的真空设备。
因此，为了克服这些问题，研究人员和工程师正在积极寻找和开发ITO的替代品。
本文将探讨和介绍目前ITO透明导电薄膜替代品的发展现状。
一、碳基导电薄膜碳基导电薄膜是ITO替代品的一种重要类别。
碳纳米管、石墨烯和导电聚合物是常见的碳基导电薄膜材料。
碳纳米管作为一种新型材料，具有优异的导电性能和透明性，是ITO透明导电薄膜的最有希望的替代品之一、石墨烯也具有很高的电导率和透明性，可以应用于电子显示器、太阳能电池等领域。
导电聚合物是一种相对较新的材料，具有与ITO相当的导电性能和透明性，可以用于柔性显示、触摸屏等器件。
二、金属网格导电薄膜金属网格导电薄膜是另一种ITO替代品的重要类别。
该类薄膜由多个金属纳米线组成，具有优异的电导率和透明性。
金属网格导电薄膜可以通过印刷、喷涂等简单的制备工艺进行大规模生产，因此成本较低。
目前，银纳米线和铜纳米线是最常用的金属网格导电薄膜材料。
但是，金属网格导电薄膜可能存在网格线宽度对触控屏幕的影响、金属氧化等问题，需要进一步解决。
三、导电氧化物替代品除了碳基导电薄膜和金属网格导电薄膜，一些新型导电氧化物也被研究和开发作为ITO替代品。
例如，氧化锌、氧化铟、氧化镓等材料具有优异的导电性能和透明性，并且相对丰富，成本较低。
这些导电氧化物可以通过溶液法、喷涂等简单的方法进行制备，具有很大的应用潜力。
四、有机半导体替代品有机半导体材料作为ITO的另一类替代品也引起了广泛的关注。
有机半导体材料具有优异的柔性、可加工性等特点，可以通过低温溶液法、印刷等方法进行制备。
然而，目前有机半导体材料的导电性能还低于ITO，需进一步提高。
当前，碳基导电薄膜和金属网格导电薄膜是ITO的主要替代品。
基于光电显示用透明导电膜及玻璃(ITO)的原理.
基于光电显示用透明导电膜及玻璃（ITO）的原理ITO导电玻璃是在钠钙基或硅硼基基片玻璃的基础上，利用磁控溅射的方法镀上一层氧化铟锡（俗称ITO）膜加工制作成的。
液晶显示器专用ITO导电玻璃，还会在镀ITO层之前，镀上一层二氧化硅阻挡层，以阻止基片玻璃上的钠离子向盒内液晶里扩散。
高档液晶显示器专用ITO玻璃在溅镀ITO层之前基片玻璃还要进行抛光处理，以得到更均匀的显示控制。
液晶显示器专用ITO玻璃基板一般属超浮法玻璃，所有的镀膜面为玻璃的浮法锡面。
因此，最终的液晶ITO导电玻璃是在钠钙基或硅硼基基片玻璃的基础上，利用磁控溅射的方法镀上一层氧化铟锡（俗称ITO）膜加工制作成的。
液晶显示器专用ITO导电玻璃，还会在镀ITO层之前，镀上一层二氧化硅阻挡层，以阻止基片玻璃上的钠离子向盒内液晶里扩散。
高档液晶显示器专用ITO玻璃在溅镀ITO层之前基片玻璃还要进行抛光处理，以得到更均匀的显示控制。
液晶显示器专用ITO玻璃基板一般属超浮法玻璃，所有的镀膜面为玻璃的浮法锡面。
因此，最终的液晶显示器都会沿浮法方向，规律的出现波纹不平整情况。
在溅镀ITO层时，不同的靶材与玻璃间，在不同的温度和运动方式下，所得到的ITO层会有不同的特性。
一些厂家的玻璃ITO层常常表面光洁度要低一些，更容易出现“麻点”现象；有些厂家的玻璃ITO层会出现高蚀间隔带，ITO层在蚀刻时，更容易出现直线放射型的缺划或电阻偏高带；另一些厂家的玻璃ITO层则会出现微晶沟缝。
ITO导电层的特性：ITO膜层的主要成份是氧化铟锡。
在厚度只有几千埃的情况下，氧化铟透过率高，氧化锡导电能力强，液晶显示器所用的ITO玻璃正是一种具有高透过率的导电玻璃。
由于ITO具有很强的吸水性，所以会吸收空气中的水份和二氧化碳并产生化学反应而变质，俗称“霉变”，因此在存放时要防潮。
ITO层在活性正价离子溶液中易产生离子置换反应，形成其它导电和透过率不佳的反应物质，所以在加工过程中，尽量避免长时间放在活性正价离子溶液中。
透明导电氧化物薄膜精品PPT课件
透明导电薄膜结构
透明导电氧化物薄膜的基本特性
• 透明导电氧化物薄膜的基本特性之一是良好的导 电性。
透明导电薄膜发展历史
• 20世纪初，透明性与导电性可以共存首次在Cd的氧化物中 发现。
• 60年代ITO成为透明导电材料的主。 • 70年代光学多层膜研究开辟了透明导电多层膜的研究领域
。 • 80年代掺杂ZnO作为ITO的最佳替代材料而广泛研究。 • 到90年代随着光电子产业的快速发展，对透明导透明导电薄膜制备中采用最 为广泛的技术。
• 脉冲激光沉积(PLD)工艺是薄膜制备中常见方法之 一，
• 溶胶一凝胶工艺是一种制备多元氧化物薄膜的常 用方法。
• 喷射热分解法是由制备太阳能电池透明电极而发 展起来的薄膜制备方法。
• 其它一些薄膜制备技术，如化学气相沉积等也被 应用于制备透明导电薄膜
透明导电氧化物薄膜的应用及市场 前景
• 透明导电氧化物薄膜目前主要的应用领域有平面液晶显示 (LCD)、电致发光显示(ELD)、电致彩色显示(ECD)、太阳能光伏电池透明电
极[22,231；它对光波的选择性(对可见光的透射和对红外光的反射)可 用作热反射镜，用于寒冷地区的建筑玻璃窗起热屏蔽作用，节省能源 消耗；还可用作透明表面发热器，在汽车、飞机等交通工具的玻璃窗 上形成防雾除霜玻璃；同理，可用在防雾摄影机镜头、特殊用途眼镜 、仪器视窗上L24j；利用TCO薄膜对微波的衰减性，可用在电子设备 、计算机房、雷达屏蔽保护区等需要屏蔽电磁波的地方，以防止外界 电磁波对电子设备的干扰与破坏嘲；利用TCA3薄膜光电导随表面吸附 的气体种类 和浓度不同会发生变化的特点，可用来制作表面型气敏器件，通 过掺入不同元素检测不同的气体[2朝；柔性衬底TCO薄膜的开发使它的潜 在用途扩大到制造柔性发光器件、塑料液晶显示器、可折叠太阳能电 池以及作为保温材料用于塑料大棚、玻璃粘贴 膜等。表1总结了透明导电薄膜的主要应用及其相应的性能要求。
透明导电膜介绍PPT课件
ZnO 晶體結構及特性(6/6)
製造氧化鋅薄膜的方法很多，在薄膜的製 程方面有相當多的方法可以成長ZnO 膜， 如有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)、 分子束磊晶法(MBE)、脈衝雷射沉積法 (PLD)、熱分解法(Spray pyrolysis)以及濺 鍍法(Sputtering)等等；隨著製程條件的不同， ZnO 薄膜也呈現出不同的材料特性。
光電陶瓷-
透明導電膜
指導教授：劉依政 教授 學生：籃耿晃 學號：G950K020
透明導電膜介紹(1/4)
隨著光電產業的快速發展，各種材料不斷 被開發，而透明導電膜是近年來產業應用 最多的新材料，它可以應用在液晶顯示器 (liquid crystal display，LCD)、電漿顯示器 (plasma display panel，PDP)、LED、OLED、 光偵測器、太陽能電池等。
濺鍍製程(1/3)
利用濺鍍系統製作IZO 薄膜，此系統由電 源供應器產生射頻信號(13.56MHz)傳送至 靶材與基板所在的真空系統中，藉由解離 真空系統中的氣體，而使解離的陽離子轟 擊靶材(target)，靶材的原子於是被濺鍍而出， 附著在基板上完成鍍膜的動作。
濺鍍系統示意圖
濺鍍製程(2/3)
濺射(RF sputtering)原理(1/2)
氣體在特殊環境的條件下，會由氣體分子 分解為原子，再解離為帶電離子或者電子團， 且維持電中性的狀態，而這些離子化的氣 體就稱為電漿(Plasma)。射頻電漿的產生， 當交流電壓加於電極時，在較高的頻 率下電極將隨時處於非飽和狀態，使得電 極間主要粒子的撞擊反應得以進行，電漿 因此而產生並得以維持。
在上述製程中牽涉到的變數相當廣，包 括通入的氣體種類、氣體流量、混合的 氣體比例、系統壓力、濺鍍功率⋯ 等。 所以在鍍膜時需對這些參數同時監控， 以維持在穩定的條件。
石墨烯透明导电薄膜课件
4.2 石墨氧化-还原法 天然石墨片首先经过化学强氧化得到边缘含有羧基、羟基而层间含有 羰基和环氧等含氧基团的氧化石墨 (Graphite Oxide，GO)，这些基团的 存在增大了石墨层间距同时也增强其亲水性能，再通过超声波分散，得 到单原子层厚度的GO，最后用化学还原将石墨烯氧化物还原成石墨烯。 这种方法可以得到独立的单层石墨烯片悬浮液，产量高，目前应用广泛。 (1)单层石墨烯氧化物的制备 石墨的氧化方法主要包括Hummers、Brodie和Staudenmaier 3种方Байду номын сангаас， Hummers 氧化法相对其他两种方法安全性较高，因此也是目前最常用的 制备氧化石墨的方法。它们都是将强酸的小分子插入石墨层间来增加层 间距，然后再用强氧化剂(如KMnO4等)对其进行氧化，表面的功能基团可 以降低层与层之间的范德华力，最后通过超声分散，得到单层或少数几 层的石墨烯氧化物。
(2) 石墨烯氧化物的还原 石墨烯氧化物的还原方法可归纳为化学还原法、热还原法、电化学还 原法等。 化学还原法中常用的还原剂有肼、硼氢化钠、苯肼、氢碘酸、对苯二 酚、二元胺、氨基酸等，该方法基于溶液相操作，反应条件温和，但在 氧化过程中由于化学键断裂产生的缺陷难以恢复，因而其导电性能难以 达到理论值。 热还原法是在氮气或氩气等惰性气氛中，对石墨烯氧化物进行快速高 温热处理，需要高温还原，使部分含氧基团热解生成CO2释放，最后得到 石墨烯。 电化学还原方法是将涂覆有石墨烯氧化物的基底置于磷酸盐缓冲溶液 中，将工作电极直接与石墨烯氧化物膜接触，控制扫描电位，即可将石 墨氧化物还原成石墨烯。
(3) 单层石墨烯的分散 由于石墨烯本身的强疏水作用，还原石墨烯氧化物后得到的产物 (Ｒ GO)容易发生团聚而影响进一步的应用。为了破环石墨层间的范德华作用 力，更好地实现剥离，提高ＲGO的分散性，研究者通常先对石墨烯氧化 物进行修饰，然后再进行还原。 其中化学修饰主要可归纳为3种:共价键修饰、非共价键修饰和离子修 饰。 共价键修饰:以石墨烯氧化物边缘的羧基为活性基团，与带氨基的化 合物如脂肪胺、芳香胺或氨基酸等反应，最后可得到功能化的石墨烯氧 化物，能很好的分散到有机溶剂(THF)、极性非质子性溶剂(如DMF、NMP、 DMAc)中，并且有较好的热稳定性。 非共价键修饰:因为石墨烯具有大的π 共轭体系，可与具有共轭体系 的小分子或高分子通过π -π 相互作用增强其溶解性或者分散性。 金属颗粒及金属离子修饰 :用贵金属离子或者纳米粒子修饰石墨烯， 金属粒子作为阻隔物，可降低石墨烯层间的π -π 堆积作用，而金属离子 之间的静电排斥作用也可以阻止石墨烯的团聚。
透明导电薄膜TCO之原理及其应用发展
透明导电薄膜TCO之原理及其应用发展透明导电薄膜（Transparent Conductive Films，TCO）是一种在光学透明度和电导率之间取得平衡的薄膜材料。
原理上，TCO薄膜是通过掺杂导电材料到光学材料中，达到同时具有高透明度和高电导率的效果。
TCO薄膜的主要原理是靠材料的电子结构来实现。
通常，TCO薄膜由两个主要成分组成：导电材料和基底材料。
导电材料通常是金属氧化物，如氧化锌（ZnO）或氧化锡（SnO2），它们具有高电子迁移率和低电阻率的特点。
基底材料通常是通过掺杂或添加导电剂的透明绝缘体，如玻璃或塑料。
TCO薄膜的应用非常广泛。
其中最重要的应用是透明导电电极，用于太阳能电池、液晶显示器、有机光电器件等光电器件中。
由于TCO薄膜在可见光范围内具有高透明度和低电阻率，所以能够有效传输光线并提供高效的电导率，从而改善光电器件的工作效率。
除此之外，TCO薄膜还常用于光催化、触摸屏、热电器件、光电探测器等领域。
然而，目前TCO薄膜仍然面临一些挑战。
例如，TCO薄膜的电导率和光学透射率之间存在着折中关系，很难在两者之间取得完美的平衡。
此外，一些常用的导电材料，如氧化锌和氧化锡，在高温、高湿度或强光照射条件下容易退化，从而限制了TCO薄膜的长期稳定性。
为了解决这些问题，当前TCO薄膜研究重点在于开发新型材料和改进工艺技术。
例如，研究人员尝试使用新型的导电材料，如氧化铟锡（ITO）和氟化锡（FTO），以提高TCO薄膜的电导率和稳定性。
另外，一些研究还涉及到利用纳米技术和多层结构设计，以进一步改善TCO薄膜的性能。
在未来，随着光电器件和可穿戴设备等领域的不断发展，对性能更好、更稳定的TCO薄膜的需求将会进一步增加。
因此，TCO薄膜的研究和应用前景非常广阔，有望在多个行业中发挥重要作用。
ITO导电玻璃及相关透明导电薄膜的原理及应用
ITO导电玻璃及相关透明导电薄膜的原理及应用当今世界正处于信息时代，平板显示器（flat panel display，FPD）是我们接受信息的一个重要视觉窗口，其在生产制造中都离不开ITO 导电玻璃，ITO导电玻璃可用于多种平板显示器，主要的有液晶显示器（LCD）、有机电致发光（OLED）显示器、触摸屏等。
由于平板显示器，尤其是液晶显示器在整个显示行业应用领域最为广泛，制造技术最为成熟。
液晶显示组件的发展，也就是由被动式矩阵驱动向列型（TN）/超扭向型（STN）液晶显示器，推向主动式矩阵驱动薄膜晶体管液晶显示器，并更加发展至所谓的新世代的显示器，-有机电发光显示器或有机发光二极管（OLED），无论如何发展而铟锡氧化物薄膜的重要性并无任何地变化。
使用于液晶显示器的ITO膜，不仅作为透明的画素电极之功能而且也作为简单矩阵型STN-LCD的扫描电极和信号电极，以及主动型TFT-LCD的共通电极和阵列电路中配线之重要角色，随着彩色化、高解析化和人机界面化（触控面板），促使相关液晶显示器和其它平面显示器的成长快速，因此本文我们重点介绍ITO导电玻璃在液晶显示器中的应用。
一、什么是ITOITO （indium tin oxide，氧化铟锡）透明导电薄膜的主要功能是在于其极佳的电极材料而应用于平面面板显示器，具有发热、热反射、电磁波防止和静电防止等不同的用途。
ITO导电玻璃是一种既透明又导电的玻璃，它采用磁控溅射沉积成膜技术，以ITO 材料作为溅射靶材，在玻璃基板上生成一层很薄的ITO 膜。
这层ITO 膜同时具有良好的导电性和透光性，适于制作透明显示电极，是平板显示器生产的重要原材料之一，玻璃基板的厚度通常只有0.3～1.1mm，它具有重量轻、透明度高、平整度高、有一定的机械硬度、容易切割加工等特点，因此被广泛应用于平板显示器上。
ITO 导电玻璃随着20世纪70年代初LCD显示器的兴起至今已经历了30 多年的历程，并从过去只能生产高电阻、小尺寸、普通表面、黑白显示的产品，发展到了现在能够生产低电阻、大尺寸、抛光表面、彩色显示的产品。
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John B. Goodenough
1922年生于德国。二战之前就读于美国名校Yale大学，二 战后在芝加哥大学读物理硕士。博士期间攻读的固体物理，毕
业之后到了MIT的美国空军林肯实验室开始了固态化学的学习 和研究。上世纪70年代，出于为不发达国家提供能源的美好心 愿，开始转向能源方面的研究。研究中发现了嵌Li过程中尖晶 石结构和rock-salt结构之间的相互转化，同时结合具有稳定的 骨架结构的聚阴离子型的材料，如硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐、
J-M. Tarascon
Jean-Marie Tarascon教授是发明聚合物锂离 子电池的鼻祖，他开创了将软包装应用于锂电池 的先例从而使得聚合物锂离子电成为目前的主流 电池产品。
Tarascon教授于1980年在美国康奈尔大学毕业， 后在法国波尔多大学获得固态化学博士学位，之 后他加入举世闻名的美国贝尔实验室。90年代初 期，Tarascon研究小组研制了用于高电位正极材料 的电解液，从而创造了以铝箔包装锰酸锂锂离子
锂电驱动未来
锂离子电池在生活中的应用
应用领域
锂电池在生活中的应用
锂二次电池的产生
1941年出生，于牛津大学 获得BA (1964), MA (1967) 和 Dr (1968)学位，目前 就职于宾汉姆顿大学。
Manley Stanley Whittingham
1972 年，Exxon 公司M. S. Whittingham 首先推出了以金属锂为负极，
当对电池进行充电时，正极的含锂化合物中锂离子脱出，锂 离子经过电解液运动到负极。负极的炭材料呈层状结构，到达 负极的锂离子嵌入到碳层中，形成LixC6，嵌入的锂离子越多
锂离子电池充放电原理
相关发明人
Armand教授是锂离子电池的奠基人之一，是 国际学术和产业界公认的、在电池领域具有原始 创新成果的电池专家。Armand教授主要原创性学 术贡献有：1. 1977年，首次发现并提出石墨嵌锂 化合物作为二次电池的电极材料。在此基础上， 于1980年首次提出“摇椅式电池”概念，成功解 决了锂负极材料的安全性问题。日本Sony公司正 是在此概念指导下，于1990年完成了“摇椅式电 池”从基础研究到产业化的突破，实现了锂离子 电池的应用。2. 1978年，首次提出了高分子固体 电解质应用于锂电池。3. 提出了碳包覆解决磷酸
锂离子电池的商品化
1990 年日本SONY 能源技术公司开始了以石油焦为负极， LiCoO2 为正极的锂离子电池的商业化生产，并首次提出了 “锂离子电池”这一全新的概念，并于1991 年5月投放市场 。其锂电池体系实现了商业化，并最终被广为接受。
锂离子电池类型
圆柱型锂离子电池
方型锂离子电池
相关发明人
常见负极材料
石墨层状结构
非石墨化碳
硅基
负极材料
锡基
过渡金属氧化物
常见储锂机制
1. 嵌入型反应 2. 合金化反应 3. 相分离反应 4. 相转变反应 5. 化学键反应
xLi + C6 LixC6 xLi + Si LixSi xLi + xFePO4 xLiFePO4 2Li + MO Li2O + M 6Li + C6O6 Li6C6O6
锂离子电池的主要组成部分
锂离子电池对正极材料的要求
1) 正极材料必须起到锂源的作用，它不仅要提供在可逆的充放电过程中往返 于正负极之间的锂离子，而且还要提供首次充放电过程中在石墨负极表面形成 SEI 膜时所需消耗的锂离子； 2) 提供较高的电极电位，这样电池输出电压才可能高； 3) 在整个电极过程中，电压平台稳定，以保证电极输出电位的平稳； 4) 为使正极材料具有较高的能量密度，要求正极活性物质的电化当量小，并 且可以可逆脱嵌的锂离子量要大； 5) Li+在材料中的化学扩散系数高，电极界面稳定，具有高功率密度，使锂电 池可适用于较高的充放电倍率，满足动力型电源的需求；
锂离子电池负极材料
理想的锂离子电池负极材料应满足以下几个特点： （1）材料的可逆储锂容量大； （2）锂脱嵌电位适中（太低容易引起锂沉积，太高不利于电池
端电压的提升）； （3）材料结构稳定，可以经受长期循环； （4）表面能形成稳定的SEI材料及其性能
LiFePO4的出现
1997年Padhi和Goodenough发现具 有橄榄石结构的磷酸盐，如磷酸铁锂 (LiFePO4)，比传统的正极材料更具 安全性，尤其耐高温，耐过充电性能 远超过传统锂离子电池材料。因此已 成为当前主流的大电流放电的动力锂
Akshaya Padhi
相关发明人
钼酸盐、钨酸盐等，他与学生Akshaya Padhi做出了LiFePO4正 极材料，被University of Montreal的Michel Armand相中，他觉 得这个材料和自己开发的电解质很匹配，于是联系上了HydroQuebec公司买下了这个专利。这个正极材料能够进行完全的充 放电实验，并且廉价、对环境无污染。
未来电池的发展方向
锂离子（摇椅式）电池的提出
1980 年，Armand 等人提出了用嵌入和脱出物质作为二次锂 电池正负极的新构想，即采用低插锂电位的LiyMnYm 层间化合 物代替金属锂作为负极，以高插锂电位的嵌锂化合物AzBw 作 为正极，组成没有金属锂的电池。充放电过程中锂离子在正负 极间来回穿梭，反复循环，相当于锂的浓差电池。