ITO透明导电薄膜的电纺丝制备工艺研究

论文摘要

由于铟锡氧化物（Indium Tin Oxide，简称ITO）透明导电薄膜具有高可见光透过率和高电导率，因此被广泛用于制备薄膜晶体管、液晶显示器、等离子显示器等。电纺丝技术是一种简单而高效制备微纳米纤维薄膜的技术，由于此技术所需设备和实验成本低，制备出的纤维比表面积大、适用性广泛等独特的优势，近年来备受关注。本文利用该技术制备ITO透明导电薄膜。本文首先对纳米颗粒的团聚及其在液相中的分散和稳定性进行理论分析，然后采用物理和化学的分散方法对ITO纳米颗粒进行液相中的分散。最终确定了制备具有良好分散及稳定性ITO悬浮液的最佳工艺参数：搅拌速度为600r·min-1、搅拌时间为4h、超声时间为3h时、PVP分散剂加入量为1.52g。此后，针对电纺丝技术成形薄膜效率低的问题，本文设计出了气流辅助高效电纺丝喷头，并研究了喷头参数与ITO薄膜均匀性的关系。对比实验表明：气流辅助高效电纺丝喷头的纺丝效率可以达到100g·h-1，比不锈钢针头的单喷头高出数十倍；气流辅助高效电纺丝喷头制备的薄膜缺陷少且均匀性好；优化后的喷头参数为：喷口间隙为0.2mm，送气气压为1.5MPa，送液气压为0.12MPa。为了提高电纺丝法成形薄膜的均匀性，本文提出了多次纺丝与退火的薄膜成形工艺，并与一次纺丝与退火工艺进行了对比。结果表明：采用多次纺丝与退火工艺所制备的ITO薄膜较一次纺丝与退火工艺所成形的ITO薄膜，薄膜的均匀性有了很大的提高，同时薄膜的光电性能也得到很大提高。最后，本文对退火工艺对ITO薄膜光电性能的影响进行了研究。结果表明：纺丝30min所制备的薄膜的最佳退火工艺条件为温度500℃、时间60min，薄膜的厚度为100nm左右，可见光透过率在80%以上，方块电阻可达80Ω-1，电阻率可达8.25×10-4Ω.cm。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 ITO透明导电薄膜
• 1.2.1 ITO薄膜的结构和光电性能
• 1.2.2 ITO薄膜的应用
• 1.2.3 ITO薄膜的制备方法
• 1.3 电纺丝技术
• 1.3.1 基本原理
• 1.3.2 电纺丝技术制备纳米纤维的国内外研究概况
• 1.3.3 电纺丝技术制备薄膜的国内外研究概况
• 1.3.4 电纺丝技术制备薄膜存在的问题
• 1.4 论文主要研究内容
• 第二章 ITO悬浮液的制备工艺研究
• 2.1 ITO悬浮液的制备
• 2.1.1 原材料及设备
• 2.1.2 ITO悬浮液的制备原理和流程
• 2.1.3 ITO悬浮液的表征
• 2.2 ITO悬浮液制备过程研究
• 2.2.1 ITO纳米颗粒在悬浮液中的分散与稳定
• 2.2.2 分散方法对ITO悬浮液的影响研究
• 2.3 本章小结
• 第三章 气流辅助高效喷头的设计及 ITO薄膜的制备
• 3.1 引言
• 3.2 气流辅助高效喷头的研制及试验
• 3.2.1 理论分析
• 3.2.2 气流辅助高效电纺丝喷头的研制
• 3.2.3 气流辅助高效电纺丝喷头制备 ITO薄膜
• 3.3 喷头参数对薄膜均匀性的影响研究
• 3.3.1 喷头末端毛细孔孔隙
• 3.3.2 送气速度
• 3.3.3 送液速度
• 3.4 纺丝时间与薄膜厚度关系的研究
• 3.5 单喷头与气流辅助高效喷头制备 ITO薄膜的对比
• 3.5.1 纺丝效率的对比
• 3.5.2 ITO薄膜的对比
• 3.6 本章小结
• 第四章 均匀ITO薄膜的电纺丝制备工艺
• 4.1 电纺丝法制备ITO薄膜过程的理论分析
• 4.1.1 Taylor锥的形成
• 4.1.2 纺丝射流的形成和伸长
• 4.1.3 纺丝射流的不稳定及细化过程
• 4.1.4 溶剂的挥发及形成纤维的运动
• 4.1.5 纳米纤维毡的形成
• 4.1.6 初步膜的退火后处理
• 4.2 电纺丝法制备ITO薄膜工艺过程的改进
• 4.2.1 引言
• 4.2.2 工艺路线的改进
• 4.3 本章小结
• 第五章 ITO薄膜的性能检测及退火工艺研究
• 5.1 ITO薄膜的性能检测
• 5.1.1 ITO薄膜的表面形貌分析
• 5.1.2 ITO薄膜的厚度测定
• 5.1.3 ITO薄膜的电学性能测定
• 5.1.4 ITO薄膜的光学性能测定
• 5.2 退火工艺参数对ITO薄膜性能的影响
• 5.2.1 退火对ITO薄膜表面形貌的影响
• 5.2.2 退火对ITO薄膜光学性能的影响
• 5.2.3 退火对ITO薄膜电学性能的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历及在学期间发表的学术论文