柔性透明导电聚合物薄膜制备工艺大突破

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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。

摘要：本文深入探讨了柔性透明导电聚合物薄膜制备工艺的重大突破。首先阐述了传统制备工艺面临的挑战，引出新型制备工艺的研发背景。详细介绍了新工艺的原理、具体流程以及实验验证过程，展示了其在提升薄膜性能、降低成本、提高生产效率等方面的显著优势。同时，对该工艺在可折叠电子设备、柔性太阳能电池、智能可穿戴设备等领域的应用前景进行了展望，并对未来研究方向提出了见解，为柔性透明导电聚合物薄膜领域的发展提供重要参考。

一、引言

柔性透明导电聚合物薄膜（Flexible Transparent Conductive Polymer Films，FTCPFs）凭借其独特的柔韧性、良好的光学透明性和导电性，在现代电子技术领域发挥着关键作用。从可折叠显示屏、柔性太阳能电池到智能可穿戴设备，FTCPFs 的应用无处不在，成为推动电子设备向轻薄化、柔性化、智能化发展的重要材料。然而，传统的 FTCPFs 制备工艺存在诸多局限性，严重制约了其性能提升和大规模应用，因此，研发新型制备工艺成为该领域的研究热点和关键突破点。

二、传统制备工艺面临的挑战

（一）薄膜性能受限

导电性与透明性难以兼顾：传统制备工艺下，为提高聚合物薄膜的导电性，往往需要添加大量的导电填料，如金属纳米颗粒、碳纳米管等。但这会导致薄膜的光学透明性下降，难以在对透明度要求极高的应用场景，如**显示领域中满足需求。反之，若追求高透明性而减少导电填料用量，又会使薄膜导电性不足，无法有效传输电流。

柔韧性与稳定性不足：部分传统工艺制备的 FTCPFs 在弯曲、折叠过程中，容易出现导电网络断裂、薄膜分层等问题，导致导电性和机械性能下降。这是由于聚合物与导电填料之间的界面结合力较弱，在外界应力作用下，两者无法协同工作，严重影响了薄膜在柔性电子设备中的使用寿命和可靠性。

（二）制备成本高昂

原材料成本高：传统工艺常依赖昂贵的金属纳米材料或高性能聚合物作为原料。例如，制备基于银纳米线的 FTCPFs 时，银纳米线价格较高，且其合成过程复杂，进一步增加了成本。此外，一些高性能聚合物，如聚酰亚胺，虽具有良好的综合性能，但原料价格昂贵，限制了大规模应用。

工艺复杂能耗大：像化学气相沉积（CVD）、物**相沉积（PVD）等传统制备方法，需要在高温、高真空等严苛条件下进行，设备投资大，运行过程中能耗高。同时，复杂的工艺步骤增加了生产时间和人力成本，使得 FTCPFs 的制备成本居高不下。

（三）生产效率低下

工艺步骤繁琐：传统制备 FTCPFs 的工艺往往涉及多步操作，如溶液旋涂、热退火、化学修饰等。每一步操作都需要**控制条件，且步骤之间需要等待时间，如旋涂后需等待溶剂挥发，热退火需要升降温过程，这大大延长了生产周期，降低了生产效率。

难以实现连续化生产：许多传统工艺难以适应连续化生产模式，如真空蒸镀法，需要在真空腔室内逐个放置基底进行镀膜，无法实现大规模、高效率的连续生产，限制了 FTCPFs 的产能提升。

三、新型制备工艺原理

（一）原位聚合法原理

原位聚合法是在含有导电填料的溶液体系中，通过引发剂引发单体聚合，使聚合物在导电填料表面原位生长，形成紧密结合的导电聚合物 / 导电填料复合结构。以制备聚（3,4 - 乙撑二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）/ 碳纳米管（CNT）复合薄膜为例，首先将 CNT 均匀分散在含有 PEDOT:PSS 单体和引发剂的溶液中。在一定温度和搅拌条件下，引发剂分解产生自由基，引发 PEDOT:PSS 单体聚合。由于聚合反应在 CNT 表面发生，生成的 PEDOT:PSS 聚合物紧密包裹 CNT，形成高效的导电网络。这种原位生长的方式增强了聚合物与导电填料之间的界面相互作用，有效提升了薄膜的导电性、柔韧性和稳定性。

（二）溶液加工 - 热压成型法原理

该方法首先通过溶液加工技术，如旋涂、喷涂等，将含有导电聚合物和添加剂的溶液均匀涂覆在柔性基底上，形成湿膜。然后，在一定温度和压力下对湿膜进行热压成型处理。在热压过程中，聚合物分子链发生重排和取向，添加剂起到促进分子链相互作用和改善薄膜性能的作用。例如，在制备聚吡咯（PPy）薄膜时，将含有 PPy 前驱体、掺杂剂和增塑剂的溶液涂覆在聚对苯二甲酸乙二酯（PET）基底上，热压过程中，PPy 前驱体发生聚合反应，掺杂剂促进其导电性能提升，增塑剂提高薄膜柔韧性。同时，热压使聚合物分子链沿基底表面取向，增强了薄膜的机械性能和导电性能的各向异性，满足不同应用场景对薄膜性能的要求。

四、新型制备工艺具体流程

（一）原位聚合法制备流程

原料准备：**称取一定量的碳纳米管（CNT），采用超声分散法将其均匀分散在含有 PEDOT:PSS 单体、引发剂过硫酸铵（APS）和表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）的水溶液中。其中，CNT 的质量分数控制在 0.5% - 2%，PEDOT:PSS 单体与 APS 的摩尔比为 10:1 - 20:1，SDBS 的质量分数为 0.1% - 0.5%。

聚合反应：将上述混合溶液转移至带有搅拌装置和冷凝回流装置的三口烧瓶中，在氮气保护下，于 50 - 70℃的恒温水浴中搅拌反应 6 - 12 小时。反应过程中，APS 分解产生自由基，引发 PEDOT:PSS 单体聚合，形成 PEDOT:PSS/CNT 复合溶液。

薄膜制备：将得到的复合溶液通过旋涂法均匀涂覆在经过预处理的柔性聚酰亚胺（PI）基底上，旋涂转速为 2000 - 3000 r/min，时间为 30 - 60 秒。然后将涂覆好的基底放入真空烘箱中，在 80 - 120℃下干燥 2 - 4 小时，去除溶剂，得到 PEDOT:PSS/CNT 柔性透明导电聚合物薄膜。

（二）溶液加工 - 热压成型法制备流程

溶液配制：将聚吡咯（PPy）前驱体吡咯、掺杂剂对甲苯磺酸（p - TSA）和增塑剂邻苯二甲酸二丁酯（DBP）溶解在有机溶剂 N,N - 二甲基甲酰胺（DMF）中，配制成质量分数为 5% - 10% 的溶液。其中，吡咯与 p - TSA 的摩尔比为 1:1 - 1.5:1，DBP 的质量分数为 5% - 10%。

溶液涂覆：采用喷涂法将上述溶液均匀喷涂在经过清洗和活化处理的 PET 基底上，形成湿膜。喷涂压力控制在 0.2 - 0.4 MPa，喷枪与基底的距离为 15 - 20 cm。

热压成型：将涂有湿膜的 PET 基底放入热压机中，在温度 150 - 200℃、压力 5 - 10 MPa 的条件下热压 10 - 20 分钟。热压过程中，吡咯发生聚合反应，同时聚合物分子链在压力作用下重排和取向，形成具有良好性能的 PPy 柔性透明导电聚合物薄膜。

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