新能源石墨烯納米銀線復(fù)合柔性透明導(dǎo)電膜實現(xiàn)量產(chǎn) 

石墨烯具有良好的柔性、出色的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性、優(yōu)異的物理與化學(xué)穩(wěn)定性，以及具有結(jié)構(gòu)和性能易于調(diào)控等特點，近年來在柔性導(dǎo)電材料領(lǐng)域的應(yīng)用得到了廣泛的關(guān)注和實質(zhì)性的發(fā)展，韓國、日本等也把CVD法石墨烯膜制備和透明導(dǎo)電膜等作為研究重點。近日傳來一則好消息，來自安徽合肥的一家創(chuàng)業(yè)公司——合肥微晶材料科技有限公司（下稱“微晶公司”）采用*新納米材料制造技術(shù)與工藝，推出新一代石墨烯納米銀線復(fù)合柔性透明導(dǎo)電膜并實現(xiàn)量產(chǎn)。

能隨意彎折的手機是很多科幻電影中的“標(biāo)配”，但在現(xiàn)實世界中很難見到。近日傳來一則好消息，來自安徽合肥的一家創(chuàng)業(yè)公司——合肥微晶材料科技有限公司（下稱“微晶公司”）采用*新納米材料制造技術(shù)與工藝，推出新一代石墨烯納米銀線復(fù)合柔性透明導(dǎo)電膜并實現(xiàn)量產(chǎn)，或可助力科幻成真。

微晶公司開創(chuàng)的石墨烯噸級生產(chǎn)工藝和石墨烯柔性透明導(dǎo)電膜制備工藝在國內(nèi)外均處于優(yōu)越水平，在相關(guān)領(lǐng)域已累計申請磚利20項。產(chǎn)品可應(yīng)用于手機觸摸屏導(dǎo)電材料、可曲繞觸摸屏、大尺寸觸摸屏、智能可穿戴設(shè)備、智能家居等各類電子產(chǎn)品屏幕導(dǎo)電材料。

該公司董事長呂鵬介紹說，以往國內(nèi)生產(chǎn)這種透明導(dǎo)電膜是像樹葉那樣一小片一小片地生產(chǎn)，而微晶公司能像生產(chǎn)卷紙一樣一卷一卷地生產(chǎn)出來。這種石墨烯納米銀線復(fù)合產(chǎn)品具有較小的彎曲半徑，且在彎曲時電阻變化率較小，可以更好地延伸，同時具備更高的透光率。應(yīng)用在曲面顯示設(shè)備，例如智能手表、手環(huán)等產(chǎn)品時，具有明顯優(yōu)勢。

1、石墨烯透明導(dǎo)電膜產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

石墨烯薄膜透明、導(dǎo)電、柔性好，在電子、光子及光電設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用范圍十分廣泛，**發(fā)展前景。

CVD 法制備石墨烯柔性透明導(dǎo)電膜及應(yīng)用

利用石墨烯溶液制備柔性導(dǎo)電薄膜

目前, 制備石墨烯透明導(dǎo)電膜主要有2 大類途徑: 一類是自下而上地通過CVD 得到高質(zhì)量的單層或少層石墨烯或通過含苯環(huán)的分子前驅(qū)體高溫下交聯(lián)得到類石墨烯結(jié)構(gòu),然后轉(zhuǎn)移到透明的目標(biāo)基底上; 另一類是自上而下的采用溶液的方法制膜, 所用的膜液為物理剝離得到的少層石墨烯分散液, 或化學(xué)法得到的氧化石墨烯溶液成膜后進行后處理或還原步驟.制膜方法與碳納米管薄膜類似, 如真空抽濾法、旋涂法、噴涂法、線棒涂膜法、Langmuir-Blodgett 薄膜法等. 兩類方法都可以實現(xiàn)大面積連續(xù)化制備, 并且在透明導(dǎo)電膜的應(yīng)用上展現(xiàn)出巨大的潛力。

現(xiàn)階段石墨烯薄膜的主要問題是大尺寸膜的制備以及價格偏高，不過這些問題正在出現(xiàn)好轉(zhuǎn)。目前重慶墨希、常州二維碳素已經(jīng)實現(xiàn)5寸、6寸石墨烯觸摸屏膜的生產(chǎn)，在小尺寸上技術(shù)漸趨成熟，重慶墨希甚至研制出了長300mm、寬230mm的石墨烯透明導(dǎo)電膜，基本可以滿足移動設(shè)備的觸控需求。而隨著單個企業(yè)產(chǎn)量的提升以及整個行業(yè)產(chǎn)業(yè)化的推進，石墨烯的成本端正快速下降，石墨烯薄膜的價格也有望隨之降低，成本劣勢會不斷縮減。

現(xiàn)在國內(nèi)已建成的石墨烯薄膜生產(chǎn)線主要有三條。2013年5月年產(chǎn)量達3萬平方米的江蘇常州石墨烯薄膜生產(chǎn)線投產(chǎn)，其也是國內(nèi)首條石墨烯薄膜生產(chǎn)線；2013年10月在重慶開建的石墨烯薄膜生產(chǎn)線已于2016年投產(chǎn)，年產(chǎn)量達100萬平方米，是全球規(guī)模*大的石墨烯薄膜生產(chǎn)線；2016年7月，國內(nèi)首條石墨烯薄膜連續(xù)生產(chǎn)線也在江蘇常州建成。

現(xiàn)在智能設(shè)備快速增長為石墨烯替代ITO打開了市場空間，替代性需求巨大。目前市場上ITO（氧化銦錫材料）的替代材料主要包括金屬網(wǎng)格和納米銀線，在國內(nèi)占比分別為10%和1.6%，而石墨烯膜的存量則小于1%，但ITO、金屬網(wǎng)格和納米銀線均有不同程度的缺陷，這給石墨烯提供了足夠的替代空間。前期ITO的替代空間在百億人民幣左右，石墨烯膜則有望經(jīng)歷“從0到1”的快速增長。

2015年石墨烯薄膜的市場規(guī)模約為1.5億元左右，隨著技術(shù)的突破、價格的下滑，石墨烯薄膜將得到更廣泛的應(yīng)用，市場規(guī)模將呈高速發(fā)展態(tài)勢。中投顧問產(chǎn)業(yè)研究中心預(yù)測，到2020年，我國石墨烯薄膜的市場規(guī)模將達140億元左右，未來五年增速約為150%。

2、石墨烯金屬復(fù)合材料柔性透明導(dǎo)電膜研發(fā)現(xiàn)狀

石墨烯作為柔性透明導(dǎo)電膜近年來展示了很大的應(yīng)用潛力, 然而在性能上還有待進一步提高, 除了對材料本身進行摻雜改性, 復(fù)合是一種很好的提升性能的手段。

金屬是良好的導(dǎo)體, 近幾年來其納米結(jié)構(gòu)也常被用作碳納米材料的復(fù)合組分, 其中金屬線由于是一維結(jié)構(gòu), 對于透光性的影響較小而更受關(guān)注. 金屬線與石墨烯的復(fù)合透明導(dǎo)電膜近幾年得到了廣泛研究, 雖然此類工作得到了透光性和導(dǎo)電性能非常優(yōu)異的透明導(dǎo)電薄膜, 但從導(dǎo)電性數(shù)據(jù)上看, 金屬納米結(jié)構(gòu)對于復(fù)合物薄膜整體導(dǎo)電性的提升發(fā)揮了更重要的作用.

Jeong 等人對于復(fù)合組分的協(xié)同效應(yīng)進行了研究, 他們認為金屬線的摻雜對于提高多晶CVD 石墨烯的導(dǎo)電性意義重大, 能夠作為石墨烯晶界之間的導(dǎo)電橋梁, 大大提升了復(fù)合物的導(dǎo)電性, 而對于透光性的影響較小(圖6(b)). 近期, Choi等人進一步證明了金屬線對于多晶石墨烯的導(dǎo)電性提高不僅來源于金屬摻雜的作用, 他們采用了不連續(xù)的銀納米線對CVD 石墨烯進行摻雜, 發(fā)現(xiàn)石墨烯自身的導(dǎo)電性在金屬線連接作用下提高了30%,該工作對于研究真正意義上以石墨烯為主體的復(fù)合物透明導(dǎo)電膜的性能優(yōu)化具有重要的指導(dǎo)意義.

另外, 復(fù)合組分與石墨烯或基底之間不可避免地存在接觸的問題, 而接觸程度對于導(dǎo)電性能也會有一定影響, 很多工作對改善金屬線的接觸進行了研究,如采用導(dǎo)電高分子(PEDOT:PSS)對金屬線接觸點進行黏結(jié), 或用薄層氧化石墨進行表面覆蓋從而增大接觸力度等. 金屬網(wǎng)格薄膜通常具有更高的基底貼附性, 而且不存在如金屬線之間的接觸問題, 也是非常理想的復(fù)合組分. Zhu 等人制備了金屬網(wǎng)格和CVD 石墨烯的復(fù)合物膜, 得到了高性能的柔性透明導(dǎo)電膜. *近, Chan-Park 等人也研究了銀納米顆粒形成的網(wǎng)格與碳納米管的復(fù)合透明導(dǎo)電膜, 該復(fù)合物膜的性能有了很大的提升, 具有優(yōu)異的耐彎折性能, 并且能夠大量制備。

小結(jié)

對于石墨烯而言, 雖然目前的卷對卷生產(chǎn)CVD 的石墨烯膜性能堪比ITO，但CVD 制備過程中容易引入缺陷而影響整體性能，且涉及膜轉(zhuǎn)移工藝,導(dǎo)致成品率較低、制備成本較高；還原氧化石墨烯方法雖廉價、可以大量制備， 但氧化過程中難免引入大量缺陷而導(dǎo)致薄膜的導(dǎo)電性能不理想。發(fā)展天然石墨的更為溫和綠色的解離方法、發(fā)展石墨烯的CVD低溫生長技術(shù)和探索大面積無損轉(zhuǎn)移工藝是解決這些問題的可能途徑。

碳納米材料的復(fù)合物薄膜展現(xiàn)出優(yōu)異的性能, 很好地克服了純碳納米材料薄膜透光和導(dǎo)電性能不足的缺點, 是碳納米材料基柔性透明導(dǎo)電膜進一步發(fā)展的重要方向之一。

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采用德國薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴(yán)格工藝標(biāo)準(zhǔn)的閉環(huán)式流程技術(shù)制備體系，能夠制備各種超高性能光學(xué)薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating, 激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜，應(yīng)用領(lǐng)域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫(yī)用激光器、紅外制導(dǎo)、面部識別、VR/AR應(yīng)用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫框等。