DE69921161T2

DE69921161T2 - Zusammensetzung zur Herstellung von transparenten, leitfähigen Nanopartikelbeschichtungen und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE69921161T2
Application number: DE69921161T
Authority: DE
Inventors: H. John AIKENS; W. Harry SARKAS; W. Richard BROTZMAN; Sara Helvoigt
Original assignee: Nanophase Technologies Corp
Current assignee: Nanophase Technologies Corp
Priority date: 1998-08-17
Filing date: 1999-08-16
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2019-08-17
Also published as: AU758075B2; WO2000009446A1; WO2000009446A9; JP2009131844A; US6416818B1; EP1109741B1; JP2003527454A; CA2340751C; WO2000009446A8; AU5567599A; EP1109741A1; CA2340751A1; DE69921161D1

Description

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen eine Zusammensetzung zur Bildung von transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtungen. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung im wesentlichen stabile Dispersionen von nanokristallinen Materialien, die transparente, leitfähige Beschichtungen bilden.
Transparente, leitfähige Beschichtungen sind im allgemeinen charakterisiert durch niedrigen elektrischen Widerstand, eine hohe Durchlässigkeit für sichtbares Licht und gute Filmstärke. Derartige Beschichtungen können dazu dienen, elektrostatische Aufladung abzubauen, elektromagnetische Strahlung zu verringern oder bestimmte Arten von Strahlung zu absorbieren und/oder zu reflektieren. Dementsprechend werden derartige Beschichtungen in einer großen Vielzahl von Geräten verwendet, einschließlich Fenstermaterialien für Solarzellen, transparente Elektroden, Flüssigkristallanzeigen, reflektive Schichten in Architekturgläsern und mikroelektronische Leiterkomponenten.
Wie hinsichtlich des Schichtwiderstands durch das US Verteidigungsministerium definiert, bedeutet "leitfähig" weniger als 10⁵ Ω/☐ (Ohm pro Quadrat), "elektrostatisch abbauend" 10⁵–10⁹ Ω/☐ und "antistatisch" 10⁹–10¹⁴ Ω/☐.
Transparente, leitfähige Filme werden gewöhnlich aus einem Oxid-Halbleiter hergestellt, für die Indiumzinnoxid ("ITO"), das ein Indiumoxid ist, das geringe Mengen Zinnoxid enthält, typisch ist. Im Fall von leitfähigen Auftragungen, die keine Transparenz erfordern, schließen geeignete elektrische Leiter Kohlefasern, Metallfasern, metallbeschichtete Fasern und Aluminiumspäne ein.
Die europäische Patentschrift Nr: 0 713 240 offenbart einen transparenten Leiterfilm zur Abschirmung des elektrischen Feldes. Der Film wird auf einem Glassubstrat gebildet und umfaßt eine Silicatschicht mit dispergiertem ITO und eine Silicatschicht als Übermantel. Die Silicatschicht mit dispergiertem ITO besteht im wesentlichen aus ultrafeinen Partikeln aus Indiumzinnoxid und einer Silicat-basierten Glasmatrix. Die Silicatschicht besteht aus einer oder mehreren Arten von ultrafeinen Partikeln, ausgewählt aus Rutheniumdioxid, Rheniumtrioxid, Iridiumdioxid, Rhodiumdioxid und Iridium-basierten Pyrochlor, sowie einer Silicat-basiertem Glasmatrix.
Zwei der am häufigsten für elektrostatische Aufladungen abbauende Anwendungen verwendete Materialien sind Ruß und dotierte Metalloxide. Antimonzinnoxid (ATO) mit einer sub-micron-Größe ist ein Material, das elektrostatische Aufladungen abbaut, das als ATO-Primärpartikel oder ATO dotiertes SiO₂, TiO₂ oder Glimmer erhältlich ist.
Antistatische Materialien sind typischerweise hygroskopisch und wirken als "Ionenleiter", indem sie eine dünne Feuchtigkeitsschicht festhalten, was hilft, die Anhäufung von elektrostatischer Aufladung zu verhindern. Derartige Materialien schließen Verbindungen, wie quaternäre Ammoniumsalze, Sulfonate und Fettsäureester, ein.
Mit drei bekannten Verfahren werden leitfähige Filme auf Substrate aufgetragen, nämlich (1) ein Verfahren des Aufspritzens von Filmvorläufern, (2) ein Verfahren der chemischen Dampfablagerung ("CVD") mit Filmvorläufern, und (3) ein Verfahren des Auftragens von Filmvorläufern aus einer Dispersion. Im Fall des Aufspritzens wird das Substrat maskiert, in einer Vakuumkammer untergebracht und der Film während des Aufspritzens aufgetragen. CVD-Verfahren sind dem Aufspritzen ähnlich. Im Fall der Dispersion werden die Techniken der Schleuderbeschichtung, der Tauchbeschichtung oder des Aufsprühens verwendet, um die Dispersion auf das Substrat aufzutragen. Um Filmvorläufer für Dispersionsauftragungen herzustellen, werden typischerweise Sol-Gel-Chemie und mechanischer Abrieb eingesetzt. Sol-Gel-Materialien sind Dispersionen, die auf organischen Lösungsmitteln basieren.
Von den vorstehend genannten Verfahren leiden sowohl die Aufspritz- als auch die CVD-Verfahren, die die Verwendung von komplizierter Ausrüstung erfordern, unter den Nachteilen, die mit den hohen Anschaffungskosten und Instandhaltungskosten einhergehen. Demgemäß ist das Dispersionsverfahren der Auftragung des Filmvorläufers das im allgemeinen bevorzugte Verfahren, um einen Filmvorläufer aufzutragen.
Allerdings sind Verfahren, die Sol-Gel-Dispersionen einsetzen, problembehaftet, da derartige Dispersionen wegen fortgesetzter chemischer Wechselwirkungen zwischen Partikeln oder Sol-Gel-Vorläufern instabil sind. Als Folge bilden sich aus der Dispersion große Teilchen oder Aggregate, womit sich Filme von geringer optischer Qualität ergeben. Instabilität der Dispersion führt zu relativ kurzen operativen Lebenszeiten (Haltbarkeitsdauer). Zum Beispiel müssen übliche Sol-Gel-abgeleitete Dispersionen gefroren oder gekühlt verschickt werden unter Verwendung von Trockeneis, anderen geeigneten Kühlmitteln oder unter Verwendung eines anderen geeigeeten Kühlverfahrens, um die fortgesetzte Reaktivität und die chemischen Wechselwirkungen zwischen den die Dispersion bildenden Partikeln, wie vorstehend beschrieben, zu reduzieren. Darüber hinaus werden die meisten Dispersionen zubereitet, indem man ein komplexes Gemisch von vorwiegend organischen Lösungsmitteln zugibt. Die Zubereitungen haben kurze Haltbarkeitsdauer, enthalten große leitfähige Partikel (die die optische Qualität negativ beeinflussen) oder erfordern hohe Aushärtungstemperaturen, die ihre Anwendbarkeit begrenzen.
Die hierin offenbarte Beschichtungszusammensetzung bildet transparente, elektrisch leitfähige Beschichtungen aus Nanopartikeln. Das hierin offenbarte Herstellungverfahren stellt eine im wesentlichen stabile Zusammensetzung bereit, die geeignet ist, transparente, elektrisch leitfähige Filme zu bilden.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer im wesentlichen stabilen wässrigen Dispersion von nanokristallinen Partikeln, die geeignet sind, einer transparenten Beschichtung elektrische Leitfähigkeit zu verleihen, wird ein nanokristallines Material mit Primärpartikeln aus Indiumzinnoxid, die eine im wesentlichen sphärische Form aufweisen und die in einer Menge von 1 % bis 25 %, bezogen auf das Gewicht der wässrigen Dispersion, vorhanden sind, in Wasser gegeben und damit gemischt, um die wässrige Dispersion zu bilden.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine im wesentlichen stabile wässrige Dispersion von nanokristallinen Partikeln, die eine transparente, leitfähige Beschichtung bildet, durch das vorstehend genannte Verfahren hergestellt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines im wesentlichen transparenten Films, umfaßt die Schritte:

(a) Zugeben eines elektrisch leitfähigen, nanokristallinen Materials zu Wasser, wobei das nanokristalline Material Primärpartikel aus Metall oder Metalloxid mit im wesentlichen sphärischer Form umfaßt;
(b) Mischen des nanokristallinen Materials und Wasser, um eine elektrisch leitfähige, wässrige Dispersion zu bilden;
(c) Zugeben eines Filmbildners zu der wässrigen Dispersion;
(d) Zugeben eines Verdünnungsmittels zu der wässrigen Dispersion, um eine Zubereitung herzustellen; und
(e) Ausbringen der Zubereitung auf ein Substrat.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von verschiedenen Ausführungsformen und den Beispielen, die folgen werden, offensichtlich. Es wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, wobei:
1 ein Flußdiagramm darstellt, das ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von leitfähigen transparenten Filmen zeigt.
2 eine graphische Darstellung der Lichtdurchlässigkeit in % als Funktion der Wellenlänge darstellt, für einen Film, der gemäß eines der nachstehend aufgeführten Beispiele (Beispiel 7) hergestellt wurde.
3 eine graphische Darstellung ist, die die Stabilität einer Indiumzinnoxid-Dispersion, die gemäß eines anderen der nachstehend aufgeführten Beispiele (Beispiel 6) hergestellt wurde, zeigt.
Zunächst wird 1 betrachtet, in der ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung von transparenten, leitfähigen Filmen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt wird. Wie in 1 gezeigt ist, werden nanokristalline Materialien so bearbeitet, daß sie transparente leitfähige ("TC") Filme bilden. Genauer gesagt, wird ein Verfahren zur Herstellung von wässrigen Dispersionen von nanokristallinen Materialien zur Verwendung bei der Herstellung von transparenten leitfähigen Beschichtungen gezeigt. Es ist auch ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Ablagern der zubereiteten Dispersionen von nanokristallinen Materialien gezeigt, um TC-Filme mit einheitlicher, geregelter Dicke, Zusammensetzung und Morphologie, herzustellen. In 1 ist auch ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Regelung der Charakteristika des Films aus abgelagertem nanokristallinem Material gezeigt, um die Filmeigenschaften zu beeinflussen.
Wie in 1 gezeigt, besteht der erste Verfahrensschritt darin, 100 % kristallines Nanopartikelmaterial (mit weniger als 100 nm mit sauber definierten Berührungsflächen) zum Wasser zu geben. Alternativ können saure oder basisch wässrige Dispersionen anstelle von deionisiertem Wasser für saure, bzw. basische nanokristalline Pulver verwendet werden. Nanokristalline Materialien, die in der vorliegenden Erfindung von Nutzen sind, schließen ein, aber sind nicht begrenzt auf, dotierte Zinnoxide, CuO, Eisenoxide, Platin, Palladium, Silber und Gold. Die für die vorliegende Zusammensetzung und Verfahren nützlichen nanopartikulären Materialien können diskrete Primärpartikel mit im wesentlichen sphärischer Form sein. Derartige nanokristalline Materialien, sowie ein Verfahren und eine Vorichtung zur Herstellung derartiger nanokristalliner Materialien, sind in den US-Patenten Nrn. 5,874,684, 5,514,349 und 5,460,701 offenbart und beansprucht. Indiumzinnoxid (ITO) in Nanogröße ist als ein auf einem organischen Lösungsmittel basiertes partikuläres Sol erhältlich, das hergestellt wird, indem man ITO in einem Lösungsmittel, oder in einer Binder-Lösung, die ein Binder-Polymer umfaßt, das in einem gemischten organischen Lösungsmittel gelöst ist (mindestens ein polares Lösungsmittel und mindestens ein unpolares Lösungsmittel), dispergiert.
Die nanokristallinen Partikel sollten in einer Menge vorliegen, die mindestens ausreichend ist, um eine elektrisch leitfähige Beschichtung bereitzustellen, wenn die Zusammensetzung verdünnt wird und auf ein Substrat aufgetragen wird. Die nanokristallinen Partikel können in Mengen vorliegen, die von etwa 1 bis etwa 40 %, bezogen auf das Gewicht der Dispersion, reichen, am stärksten bevorzugt von etwa 7 bis etwa 30 %, bezogen auf das Gewicht der Dispersion.
Die nanokristallinen Partikel und das Lösungsmittel werden dann einem Mischen bei hoher Scherkraft unterzogen, wie mit einem Mischemulgator, oder einem anderen geeigneten Mischverfahren, und zwar für einen Zeitraum, der ausreichend ist, eine wässrige Dispersion zu bilden. Die Dispersion wird dann zentrifugiert oder mit einem anderen geeigneten Verfahren von Aggregaten geklärt, der Überstand wird gesammelt und gefiltert und damit wird eine konzentrierte wässrige Metalloxidlösung bereitgestellt, die relativ frei von Aggregaten ist.
Zur Dispersion wird dann ein Filmbildner zugegeben. Die Filmbildner können polymer sein, enthaltend mindestens eine Hydroylgruppe, wie zum Beispiel, aber nicht begrenzt auf, Polyvinylalkohol-, Polyethylenglykol- oder Cellulose-basierte Polymere. Der Filmbildner kann auch ein grenzflächenaktives Mittel sein, wie zum Beispiel, aber nicht begrenzt auf, Organosilane, ethoxylierte Alkohole, Phosphatester, Glycerinester, aliphatische Polyether und ethoxylierte Fettester. Der Filmbildner sollte in einer Menge vorliegen, die wirksam ist, um einheitliche, fehlerfreie Filme bereitzustellen. Der Filmbildner wird vorzugsweise der Dispersion bei bis zu 25 %, bezogen auf das Gewicht des nanokristallinen Materialgehalts, zugegeben. Der Feststoffgehalt der wässrigen Dispersion kann dann durch Verdünnung angepaßt werden.
Dieses Verfahren ergibt eine konzentrierte wässrige Dispersion der nanokristallinen Partikel für die vorliegende Erfindung, die im wesentlichen stabil ist. Unter "im wesentlichen stabil" versteht man, daß die Partikel nicht leicht agglomerieren, aggregieren oder einer weiteren, wesentlichen chemischen Aktivität unterliegen. Mit anderen Worten, es gibt es im wesentlichen keine latente chemische Aktivität zwischen den nanokristallinen Partikeln.
Wie in 1 gezeigt ist, kann die konzentrierte, wässrige Dispersion von nanokristallinen Partikeln verwendet werden, um einen Film herzustellen, indem man die Dispersion auf ein Substrat aufträgt. Insbesondere wird die Dispersion verdünnt, um eine Zubereitung herzustellen, indem man einen geeigneten Gew.%-Anteil eines Lösungsmittelgemisches beimischt, um die Zubereitung auf 0,1 bis 5 % Feststoffe zu bringen. Die Verdünnungszusammensetzung kann von Wasser bis zu Lösungsmitteln auf organischer Basis reichen. Die Verdünnungszusammensetzung ist typischerweise ein Gemisch aus Lösungsmitteln mit niedrigem, mittlerem und hohem Siedepunkt. Geeignete organische Verdünnungsmittel schließen ein, sind aber nicht begrenzt auf, Alkohole, Ketone und Ether. Das Verdünnungsmittel wird mit der Dispersion mittels eines Verfahrens mit niedriger Scherkraft gemischt, wie zum Beispiel dem Blatt eines Paddels.
Die verdünnte, wässrige Dispersion kann dann auf ein gereinigtes Substrat durch Schleuderbeschichtung, Tauchbeschichtung, Meniskusbeschichtung, Sprühbeschichtung oder andere geeignete Beschichtungsverfahren aufgetragen werden. Das Beschichtungsverfahren ist für die Anwendung spezifisch. Zum Beispiel wird ein Film auf eine CRT-Oberfläche durch Schleuderbeschichtung und auf ein Plastik durch Walzenbeschichtung aufgetragen. Nachdem die Dispersion aufgetragen wurde, wird der Film für eine ausreichende Zeitdauer erwärmt, um das Lösungsmittel zu entfernen. Die Trocknungszeit wird abhängig von der Verdünnungsmittelzusammensetzung variieren.
Gegebenenfalls kann der getrocknete Film weiter behandelt werden, um die elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Films maßzuschneidern. Derartige Behandlungen schließen eine thermische Behandlung, chemische Reduktion und die Auftragung von Beschichtungen ein.
Im Fall der thermischen Behandlung wird der Film erwärmt, um die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen. Insbesondere sollte der Film für eine ausreichende Zeitdauer bei einer ausreichend hohen Temperatur erwärmt werden, um die Partikel im abgelagerten Film auszuhärten. Geeignete Temperaturen schließen einen Bereich von etwa 300°C bis etwa 800°C ein.
Der abgelagerte Film kann auch durch chemische Reduktion behandelt werden, um die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen.
Geeignete Beschichtungen können in einer Art und Weise aufgetragen werden, die zu den vorstehend besprochenen ähnlich ist, zum Beispiel durch Schleuderbeschichtung. Geeignete Beschichtungen schließen Silanmonomere oder -oligomere ein, wie zum Beispiel, aber nicht begrenzt auf, diejenigen, die aus Tetraethoxysilan oder Tetramethoxisilan gebildet werden, die dann mit dem Film an der Luft oder in einer reduzierenden Umgebung auf etwa 150°C erwärmt werden, und zwar für eine Zeitdauer, die ausreichend ist, die Filme zu trocknen und zu härten. Eine geeignete reduzierende Umgebung ist zum Beispiel ein Gemisch aus Wasserstoff und inertem Gas (wie zum Beispiel vorgereinigter Stickstoff oder Argon).
Die folgenden Beispiele beschreiben spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und ihren Einsatz. Diese spezifischen Beispiele sind nicht dazu gedacht, den Schutzbereich der Erfindung zu begrenzen, wie er durch die hierin ausgeführten Ansprüche und die Äquivalenten davon definiert wird.
Beispiel 1
100 g ITO, hergestellt durch physikalische Dampfsynthese (PVS), wurden 400 g deionisiertem Wasser zugegeben, um einen 20 Gew.%igen Brei herzustellen. Die Dispersion wurde unter hoher Scherkraft gemischt und zentrifugiert. Der geklärte Überstand wurde gesammelt und gefiltert, was eine konzentrierte, wässrige ITO-Dispersion bereitstellte.
Beispiel 2
Eine Dispersion wurde auf dieselbe Art une Weise wie in Beispiel 1 ausgeführt, hergestellt, außer, daß eine saure oder basische wässrige Lösung das deionisierte Wasser für saure bzw. basische nanokristalline Pulver ersetzte.
Beispiel 3
Dispersionen wurden wie in den Beispielen 1 und 2 hergestellt, außer daß Filmbildner zugegeben wurde. Die Filmbildner können polymer sein, enthaltend mindestens eine Hydroxylgruppe, wie, aber nicht begrenzt auf, Polyvinylalkohol-, Polyethylenglykol-, oder Cellulose-basierte Polymere; oder können ein grenzflächenaktives Mittel sein, wie, aber nicht begrenzt auf, Organosilane, ethoxylierte Alkohole, Phosphatester, Glycerinester, aliphatische Polyether und ethoxylierte Fettester. Der Filmbildner wurde der Dispersion bei bis zu etwa 25 Gew.-% des Metall- oder Metalloxid-Gehalts zugegeben.
Beispiel 4
Die wässrigen Dispersionen aus den Beispielen 1 bis 3 wurden für das Beschichten zubereitet, indem man bis zu einem geeigneten Gewichtsprozentsatz mit einem Verdünnungsmittel verdünnte. Die Verdünnungszusammensetzung kann von Wasser bis zu Lösungsmitteln auf organischer Basis reichen. Die Verdünnungszusammensetzung bestimmt die Trocknungsdauer des Films und ist typischerweise ein Gemisch aus Lösungsmitteln mit niedrigem, mittlerem und hohem Siedepunkt.
Beispiel 5
Die in Beispiel 4 hergestellte ITO-Zubereitung wurde auf Substrate aufgetragen und bei 120°C 30 Minuten lang getrocknet. Filme können weiter erwärmt werden, um Filme mit geregelter Leitfahigkeit herzustellen.
Beispiel 6
Die in Beispiel 4 hergestellte ITO-Zubereitung wurde auf Substrate aufgetragen und bei 120°C 30 Minuten lang getrocknet. Die abgelagerten Filme wurden nachfolgend mit einem Silanoligomer beschichtet, wie, aber nicht begrenzt auf, diejenigen, die sich aus TEOS oder TMOS bilden, und auf etwa 150°C in Luft oder einer reduzierenden Umgebung, wie, aber nicht begrenzt auf, einem Gemisch aus Wasserstoff und inertem Gas (vorgereinigter Stickstoff oder Argon), für eine Zeitdauer von mindestens 15 Minuten erwärmt.
Beispiel 7
Die in Beispiel 4 hergestellte ITO-Zubereitung wurde auf Substrate aufgetragen und auf zwischen 350°C und 800°C erwärmt, um die Partikel innerhalb des abgelagerten Films auszuhärten. Die abgelagerten Filme wurden nachfolgend mit einem Silanoligomer beschichtet, wie, aber nicht begrenzt auf, diejenigen, die sich aus TEOS oder TMOS bilden, und auf etwa 150°C in einer reduzierenden Umgebung, wie, aber nicht begrenzt auf, Gemischen aus Wasserstoff und inertem Gas (vorgereinigter Stickstoff oder Argon), für eine Zeitdauer von mindestens 15 Minuten erwärmt.
Lichtdurchlässigkeit Ergebnisse
2 ist eine graphische Darstellung der Lichtdurchlässigkeit in % durch einen auf Glas beschichteten Film als Funktion der Wellenlänge für einen Film, der gemäß Beispiel 7 hergestellt wurde. Wie in 2 gezeigt, zeichnet sich der abgelagerte Film durch ein hohes Maß an Lichtdurchlässigkeit aus, was eine optische Lichtdurchlässigkeit von 95% bereitstellt.
Beispiel 8
Wie in den Beispielen 6 und 7 wurde eine Beschichtung hergestellt, außer dass das nanokristalline ITO-Pulver durch andere nanokristalline Zubereitungen, die andere Metall und Metalloxide, wie, aber nicht begrenzt auf, dotierte Zinnoxide, CuO, Eisenoxide, Platin, Palladium, Silber und Gold, enthielten, ersetzt oder mit diesen kombiniert wurde. Der Schichtwiderstand wurde mit 3000 Ω/ gemessen und ist bei Umgebungstemperatur und 20 % relativer Luftfeuchtigkeit stabil. Die Lichtdurchlässigkeit wird nachstehend quantifiziert.
Stabilität Ergebnisse
3 ist eine graphische Darstellung, die die Stabilität einer wässrigen ITO-Dispersion, die gemäß des hierin offenbarten Verfahrens hergestellt wurde, zeigt. Die ITO-Dispersion wird zubereitet, indem man, wie in Beispiel 4 besprochen, mit den geeigneten organischen Lösungsmitteln verdünnt. Wie in den Beispielen 5 und 6 wird diese Zubereitung auf ein Substrat aufgetragen und verarbeitet. Der Schichtwiderstand des Filmes wurde gemessen und dies wurde als Verfahren eingesetzt, um die Stabilität der ITO-Dispersion zu verfolgen. Dieser Stabilitätstest wurde in einer Feuchtigkeitskammer bei 80 % relativer Luftfeuchtigkeit bei 40°C durchgeführt. Ein derartiges Testen beschleunigt das Altern auf eine Rate von etwa 4 zu 1, wobei ein Tag dann vier Tagen entspricht. Am Tag 12 beginnt der Schichtwiderstand zu steigen, was andeutet, dass die ITO-Dispersion relativ instabil geworden ist. Es ist daher ersichtlich, dass die vorliegende ITO-Dispersion stabiler ist für transparente, leitfähige Beschichtungen, als bekannte Dispersionszusammensetzungen, die typischerweise innerhalb von Stunden bei 40 °C und 80 % relativer Luftfeuchtigkeit agglomerieren.
Leitfähigkeit Ergebeisse
ITO-Filme wurden abgelagert und bei etwa 150°C an der Luft getrocknet. Der gemessene Schichtwiderstand beträgt etwa 1 × 10⁴ Ω/☐.
ITO-Filme wurden abgelagert und bei etwa 800°C an der Luft getrocknet. Der gemessene Schichtwiderstand beträgt etwa 1 × 10³ Ω/☐.
ITO-Filme wurden abgelagert und bei etwa 300°C in einer reduzierenden Atmosphäre getrocknet. Der gemessene Schichtwiderstand beträgt etwa 2 × 10³ Ω/☐.
CuO-Filme wurden abgelagert und bei etwa 120°C in einer reduzierenden Atmosphäre getrocknet. Der gemessene Schichtwiderstand beträgt etwa 2 Ω/☐.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer im Wesentlichen stabilen, wässrigen Dispersion von nanokristallinen Partikeln, die geeignet sind, einer transparenten Beschichtung elektrische Leitfähigkeit zu verleihen, wobei in dem Verfahren ein nanokristallines Material mit Primärpartikeln aus Indiumzinnoxid, die eine im Wesentlichen sphärische Form aufweisen und die in einer Menge von 1 % bis 25 % bezogen auf das Gewicht der wässrigen Dispersion vorhanden sind, in Wasser gegeben und damit gemischt wird, um die wässrige Dispersion zu bilden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, welches den weiteren Schritt des Zugebens eines Filmbildners in einer Menge von bis zu 25 % bezogen auf das Gewicht des nanokristallinen Materials einschließt.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Filmbildner mindestens eine Hydroxylguppe enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Filmbildner ein auf Cellulose basierendes Polymer in einer Menge von bis zu 25% bezogen auf das Gewicht des nanokristallinen Materialgehalts umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Filmbildner ein auf Cellulose basierendes Polymer in einer Menge von bis zu 5 % bezogen auf das Gewicht des nanokristallinen Materialgehalts umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Filmbildner in organischer und wässriger Phase löslich ist.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Filmbildner in der Dispersion in einer Menge von 5 % bis 15 % bezogen auf das Gewicht des nanokristallinen Materialgehalts vorhanden ist.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, welches den weiteren Schritt des Zugebens eines Verdünnungsmittels zu der wässrigen Dispersion einschließt.
Verfahren zur Herstellung eines im Wesentlichen transparenten Films, umfassend die Schritte: (a) Zugeben eines elektrisch leitfähigen, nanokristallinen Materials zu Wasser, wobei das nanokristalline Material Primärpartikel aus Metall oder Metalloxid mit im Wesentlichen sphärischer Form umfasst; (b) Mischen des nanokristallinen Materials und Wasser, um eine elektrisch leitfähige, wässrige Dispersion zu bilden; (c) Zugeben eines Filmbildners zu der wässrigen Dispersion; (d) Zugeben eines Verdünnungsmittels zu der wässrigen Dispersion, um eine Zubereitung herzustellen; und (e) Aufgingen der Zubereitung auf ein Substrat.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Filmbildner zu der wässrigen Dispersion in einer Menge von bis zu 25 % bezogen auf das Gewicht des nanokristallinen Materials zugegeben wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Filmbildner mindestens eine Hydroxylguppe enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Filmbildner ein auf Cellulose basierendes Polymer in einer Menge von bis zu 25 % bezogen auf das Gewicht des Metall- oder Metalloxidgehalts umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 9, umfassend den weiteren Schritt des Zugebens eines Filmbildners zu der wässrigen Dispersion, wobei der Filmbildner ein auf Cellulose basierendes Polymer in einer Menge von bis zu 5 % bezogen auf das Gewicht des Metall- oder Metalloxidgehalts umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Filmbildner in organischer und wässriger Phase löslich ist.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei der Filmbildner in der Dispersion in einer Menge von 5 % bis 15 % bezogen auf das Gewicht des Metall- oder Metalloxidgehalts vorhanden ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 15, welches den weiteren Schritt des Erwärmens des Substrats einschließt, um Wasser und Verdünnungsmittel im Wesentlich zu entfernen, wodurch ein Film auf dem Substrat gebildet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 16, umfassend den weiteren Schritt des Erwärmens des Substrats auf eine Temperatur zwischen 300°C und 800°C für eine Zeitdauer, die ausreicht, um die nanokristallinen Partikel im Film zu härten.
Verfahren gemäß Anspruch 16, umfassend den weiteren Schritt des Beschichtens des Films mit Silanmonomeren oder -oligomeren.
Verfahren gemäß Anspruch 16, zusätzlich umfassend den Schritt des Erwärmens des Films in einer reduzierenden Umgebung für eine Zeitdauer, die ausreicht, um den Schichtwiderstand des Films zu reduzieren.
Im Wesentlichen stabile, wässrige Dispersion aus Metalloxidpartikeln, hergestellt durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, die zur Bildung einer transparenten, leitfähigen Beschichtung geeignet ist.
Im Wesentlichen transparenter Film, hergestellt durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 19.