一种多层复合阻隔薄膜及其制备方法和应用

本申请涉及薄膜，具体涉及一种多层复合阻隔薄膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、柔性透明高阻隔薄膜具有极低的水蒸气透过率、高透光性，广泛应用于柔性薄膜太阳能电池、有机电致发光器件(oled)、量子点显示等领域。采用柔性高阻隔薄膜对器件进行有效封装，不仅能保护产品免受外界空气和水的侵蚀，延长其使用寿命并保持性能稳定，而且不影响柔性器件产品的轻薄、柔软及可变形特性，为柔性产品的应用带来突破性的进展。

2、目前，超高阻隔膜的研发主要集中在膜层结构设计和制备工艺上。研究表明，通过原子层沉积(ald)技术制备出的无机阻隔薄膜，能够实现膜层的均匀性和一致性，从而获得优异的阻隔性能。但是，单层无机氧化物的阻隔膜所能够达到的阻隔性能极限很难满足柔性器件的封装要求。因此，研究者们开发了多层结构的阻隔膜，以满足特定应用领域对高阻隔性能的需求。专利cn114507372a公开了一种包括高分子基膜、第一阻隔层、第二阻隔层的复合阻隔膜，其中第一阻隔层和第二阻隔层一层包括含氟光敏树脂，另一层包括光敏树脂、硅烷偶联剂、及均匀分散于所述光敏树脂、硅烷偶联剂内的含硅纳米粒子。所述阻隔膜成本降低，实现了长期有效的水氧阻隔作用，但由于是全有机多膜层结构，其阻隔水平有限。专利cn117301589a公开了一种柔性显示用高阻隔膜制备方法，其中的阻隔层由金属氧化物薄膜中的一种或多种按任意比例堆叠而成，所述阻隔膜透光率＞88％，但水汽阻隔性能仅达到10-3g/(m2.day)等级。

3、因此，亟需开发出既具有超高阻隔性能又满足光学性能要求的阻隔膜，以满足柔性光伏、电子器件的应用需求。

技术实现思路

1、本申请提供一种多层复合阻隔薄膜及其制备方法和应用，旨在解决现有的柔性透明超高阻隔膜存在的阻隔性能低的问题。

2、为了达到上述目的，本申请采用以下技术方案予以实现。

3、本申请的第一方面，提供一种多层复合阻隔薄膜，包括柔性透明基底、设置于所述柔性透明基底一面的阻隔层a、设置于阻隔层a表面的聚合物层，以及设置于聚合物层表面的阻隔层b；

4、所述柔性透明基底为柔性聚合物薄膜，其厚度为50～150μm；

5、所述阻隔层a与阻隔层b为氧化铝薄膜，其厚度为10～100nm；

6、所述聚合物层为有机聚硅氮烷层,其厚度为100～1000nm。

7、在一些实施方案中，多层复合阻隔薄膜还包括设置于所述阻隔层b表面的增透层，所述增透层材质为聚硅氧烷，其厚度为0.1～5μm。

8、在一些实施方案中，所述柔性透明基底包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯或聚酰亚胺中的任意一种。

9、在一些实施方案中，所述柔性透明基底的厚度为75～130μm，透光率＞80％；

10、所述阻隔层a与沉积层b的厚度为30～60nm；

11、所述聚合物层的厚度为200～500nm。

12、本申请的第二方面，提供上述多层复合阻隔薄膜的制备方法，包括：

13、s1，通过等离子增强原子层沉积，在基底表面沉积氧化铝薄膜，作为阻隔层a；

14、s2，通过喷涂/旋涂复合工艺，在阻隔层a表面涂覆有机聚硅氮烷，固化后得到聚合物层；

15、s3，对聚合物层表面进行亲水性处理，通过离子增强原子层沉积在其表面沉积氧化铝薄膜，得到阻隔层b。

16、在一些实施方案中，所述制备方法还包括：

17、s4，通过喷涂/旋涂复合工艺在阻隔层b表面涂覆聚硅氧烷，固化后得到增透层。

18、在一些实施方案中，s1和s3中，所述等离子增强原子层沉积的沉积温度为70～160℃。

19、在一些实施方案中，s2具体包括：

20、在基底表面喷涂有机聚硅氮烷，再进行旋涂，旋涂后加热进行固化；

21、所述旋涂的转速为500～6000rpm；固化温度为50～100℃，固化时间为2～6h。

22、在一些实施方案中，所述亲水性处理包括：对聚合物层进行等离子体处理，等离子体的功率为200～300w。

23、本申请的第三方面，提供上述多层复合阻隔薄膜或上述制备方法制备的多层复合阻隔薄膜在柔性薄膜太阳能电池或有机电致发光器件中的应用。

24、与现有技术相比，本申请的有益效果为：

25、本申请的多层复合阻隔薄膜通过设置上下两层特定厚度的无机氧化物作为阻挡层，极大的提高了薄膜的阻隔性能；同时在两层无机物之间引入聚合物层，避免由于无机层过厚带来的缺陷贯穿，不仅具有较好的透光性能，还进一步提高了阻隔性。本申请的多层复合阻隔薄膜，具有良好的透光率和高阻隔性能，其水蒸气透过率≤5×10-5g/(m2.day)，透光率≥90％。

26、本申请的制备方法利用等离子体增强原子层沉积技术制备无机氧化物薄膜，可在更适配柔性基底的低温条件下高质量成膜；在沉积阻隔层之前，对有机层表面进行亲水改性，为后续氧化铝的沉积提供大量活性位点，便于薄膜的生长；利用喷涂/旋涂复合工艺制备有机聚合物薄膜，可实现大尺寸均匀涂布，且厚度能控制在百纳米级别。本申请制备的多层复合阻隔薄膜具有较高的阻隔性能和透光性，应用于柔性薄膜太阳能电池、有机电致发光器件(oled)的封装，可显著提高其使用寿命。

技术特征：

1.一种多层复合阻隔薄膜，其特征在于，包括柔性透明基底、设置于所述柔性透明基底一面的阻隔层a、设置于阻隔层a表面的聚合物层，以及设置于聚合物层表面的阻隔层b；

2.根据权利要求1所述的多层复合阻隔薄膜，其特征在于，还包括设置于所述阻隔层b表面的增透层，所述增透层材质为聚硅氧烷，其厚度为0.1～5μm。

3.根据权利要求1所述的多层复合阻隔薄膜，其特征在于，所述柔性透明基底包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯或聚酰亚胺中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的多层复合阻隔薄膜，其特征在于，所述柔性透明基底的厚度为75～130μm，透光率＞80％；

5.根据权利要求1-4任一项所述的多层复合阻隔薄膜的制备方法，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，还包括：

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，s1和s3中，所述等离子增强原子层沉积的沉积温度为70～160℃。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，s2具体包括：

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述亲水性处理包括：对聚合物层进行等离子体处理，等离子体的功率为200～300w。

10.权利要求1-4任一项所述的多层复合阻隔薄膜或权利要求5-9任一项所述的制备方法制备的多层复合阻隔薄膜在柔性薄膜太阳能电池或有机电致发光器件中的应用。

技术总结
本申请涉及薄膜技术领域，公开了一种多层复合阻隔薄膜及其制备方法和应用。多层复合阻隔薄膜，包括柔性透明基底、设置于柔性透明基底一面的阻隔层A、设置于阻隔层A表面的聚合物层，以及设置于聚合物层表面的阻隔层B；柔性透明基底为柔性聚合物薄膜，其厚度为50～150μm；阻隔层A和阻隔层B为氧化铝薄膜，其厚度为10～100nm；聚合物层为有机聚硅氮烷层,其厚度为100～1000nm。本申请的多层复合阻隔薄膜通过设置上下两层特定厚度的无机氧化物作为阻挡层，极大的提高了薄膜的阻隔性能；在两层无机物之间引入聚合物层，避免由于无机层过厚带来的缺陷贯穿，不仅具有较好的透光性能，还进一步提高了阻隔性。本申请的多层复合阻隔薄膜的水蒸气透过率≤5×10‑5g/(m2.day)，透光率≥90％。

技术研发人员：封伟,孙小杰
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5