基于納米銀線的柔性透明導(dǎo)電薄膜及制備方法
【專利摘要】一種基于納米銀線的柔性透明導(dǎo)電薄膜及制備方法，所述的透明導(dǎo)電薄膜包括1)納米銀線網(wǎng)絡(luò)層，2)納米粒子填充結(jié)構(gòu)，3)光學(xué)膠層。本發(fā)明制備的納米銀線透明導(dǎo)電薄膜不僅電阻低，透過率高，表面平整度高，而且結(jié)構(gòu)簡單，制備工藝簡單，操作簡便，無需高溫高壓過程，安全耗能低，無需膜轉(zhuǎn)移的繁瑣過程。同時成本較低，適合大規(guī)模應(yīng)用。
【專利說明】基于納米銀線的柔性透明導(dǎo)電薄膜及制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電材料技術(shù)，尤其是一種導(dǎo)電薄膜技術(shù)，具體地說是一種基于納米銀線(AgNW)的柔性透明導(dǎo)電薄膜及制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，透明導(dǎo)電薄膜(TCFs)是一種既透明又導(dǎo)電的材料，對可見光的透過率高、導(dǎo)電性能好，在太陽能電池、平面顯示器、發(fā)光二極管、觸摸屏等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前應(yīng)用最為廣泛的TCFs是在玻璃、陶瓷等硬質(zhì)基材上沉積導(dǎo)電薄膜，但采用硬質(zhì)基材作為襯底存在剛性強、易碎、不易變形、價格昂貴、工藝復(fù)雜等缺點，限制了 TCFs的應(yīng)用。
[0003]隨著電子器件的小型化和輕便化，柔性襯底的TCFs的研究引起了人們的廣泛關(guān)注，有望成為硬質(zhì)襯底透明導(dǎo)電薄膜的更新?lián)Q代產(chǎn)品。因此研制低成本的柔性TCFs具有非常重要的意義。
[0004]作為納米材料的典型代表，納米銀線(AgNW)薄膜由于在電學(xué)、光學(xué)和機械性方面都有良好的特性，在近些年已經(jīng)引起了科研工作者的廣泛關(guān)注，用納米銀線來制備TCFs，具有很高的透明度、表面電阻低、表面平整光滑，柔性好，價格較為低廉等優(yōu)點。目前制備AgNWs通常是用膜轉(zhuǎn)移的方法，這種方法制備的AgNWs附著力不好，同時方塊電阻通常在100ohm/sq左右，如果通過提高AgNW濃度的方法來降低方阻，則薄膜的透過率會大幅降低。另外膜轉(zhuǎn)移的方法，工序復(fù)雜，一般需要高溫高壓。為了得到低電阻的薄膜，會使用價格昂貴的高分子導(dǎo)電液PEDOT: PSS。為了提高附著力，一般是采用塑料基底，或者對玻璃基底進(jìn)行處理,這樣會增加工序,增加成本。因此一種高柔性,高透過率,低電阻，良好附著力,價格低廉的薄膜及其制備方法是AgNW能否商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的透明導(dǎo)電薄膜制備復(fù)雜，工序多，成本高的問題，設(shè)計一種基于納米銀線的柔性透明導(dǎo)電薄膜，同時提供其制備方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案之一是:
一種基于納米銀線的柔性透明導(dǎo)電薄膜，其特征在于包括納米銀線組成的網(wǎng)絡(luò)層、納米粒子填充結(jié)構(gòu)和光學(xué)膠層，所述的納米銀線分布于光學(xué)膠層上形成網(wǎng)絡(luò)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，同時有不少于10%的納米銀線鑲嵌在光學(xué)膠層中，這樣可以保證表面的平整，納米粒子填充在納米銀線組成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中，充當(dāng)連通導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的橋梁作用，同時對納米銀線的節(jié)點進(jìn)行纏繞保護(hù)，從而大大提到薄膜的導(dǎo)電性能。
[0007]所述的柔性透明導(dǎo)電薄膜的透過率在87%以上，方阻在l(T200ohm/sq ;且在彎折至少二次后其方阻和透過率的變化率小于1%或保持不變。
[0008]所述的納米銀線由納米銀線的分散液通過旋涂方式在玻璃基底上形成，且無需加熱烘烤。
[0009]所述的納米粒子為納米二氧化鈦，納米二氧化鋯，納米二氧化硅或納米三氧化二鋁納米粒子中的一種或者幾種。
[0010]所述的光學(xué)膠可以是UV膠，凝膠，硅凝膠，環(huán)氧膠中的一種。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案之二是:
一種基于納米銀線的柔性透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征是它包括以下步驟:
1)將納米銀線分散液采用旋涂工藝涂布在玻璃上，放置5-10min，形成納米銀線導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；
2)在納米銀線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層上采用旋涂工藝直接涂覆一層納米粒子分散液，加熱到70-90°C，烘烤25-35S，使納米粒子填充在納米銀線組成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中，充當(dāng)連通導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的橋梁作用，同時對納米銀線的節(jié)點進(jìn)行纏繞保護(hù)；
3)在已形成的網(wǎng)格中填充有納米粒子的納米銀線導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層上直接涂覆光學(xué)膠，固化后將薄膜從玻璃上剝離即可得到柔性透明導(dǎo)電薄膜。
[0012]所用的納米銀線的尺寸為:長度L=5_100Mm，直徑D=20_100nm ;分散液為乙醇、水、
異丙醇、甲醇、丙酮或二氯甲烷溶液，納米銀線分散液的重量百分比濃度為0.1% -2%，納米銀線分散液的重量百分比濃度為0.1% -2%ο
[0013]所用的納米粒子的分散液的重量百分比濃度為0.1% _3%，納米粒子的尺寸為5_50nmo
[0014]所述的光學(xué)膠的粘度小于2000CPS，它為光學(xué)UV膠、凝膠或環(huán)氧膠中的一種，UV膠采用紫外光固化，凝膠和環(huán)氧膠采用室溫固化或者升溫到50-70°C固化。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明的薄膜具有，柔性好，透過率高，電阻低，附著力好，價格較為低廉等優(yōu)點。
[0016]用本發(fā)明可以制得柔性透明導(dǎo)電薄膜，首先不需要高溫加熱，加壓。不需要膜轉(zhuǎn)印復(fù)雜工序。通過旋涂的方法即可得到基于納米銀線的透明柔性導(dǎo)電薄膜。其次，通過在銀線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中填充納米粒子，可以將銀線節(jié)點包裹纏繞，大大提高其穩(wěn)定性，還能充當(dāng)導(dǎo)通橋梁的作用。從而提高薄膜的導(dǎo)電性能。再次，納米銀線網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電層與光學(xué)膠層的附著力十分好，經(jīng)過多次彎折，導(dǎo)電性能和透過率沒有明顯的變化。
[0017]本發(fā)明制備方法十分簡單，只需要旋涂，沒有復(fù)雜的工序；效率高，價格便宜。透明導(dǎo)電薄膜柔性很好，經(jīng)過多次彎折，導(dǎo)電性能和透過率基本不發(fā)生變化。
[0018]本發(fā)明不需通過高溫加熱或者加壓的方式來提高導(dǎo)電性能。而是通過填充納米粒子達(dá)到目的。較目前通用的高分子導(dǎo)電液PEDOT: PSS,納米粒子價格便宜許多，同時更易獲得。薄膜的方阻在l(T200ohm/sq，透過率在87%以上。
[0019]本發(fā)明用光學(xué)膠層作為納米銀線的承載物，這種方法得到的納米銀線層附著力很好，較其涂覆在玻璃，塑料上附著力有十分明顯的提高，同時不影響材料的透過率。
[0020]本發(fā)明最后是從玻璃上將薄膜剝離，得到的薄膜表明平整度較高，可以提高導(dǎo)電性能，同時玻璃可以重復(fù)利用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的制備過程示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明的柔性納米銀線透明導(dǎo)電薄膜的截面結(jié)構(gòu)示意圖，圖中I為薄膜表面的銀線網(wǎng)絡(luò)層，2為鑲嵌結(jié)構(gòu)的銀線，3為納米粒子，4為光學(xué)膠層。
[0023]圖3是本發(fā)明具體制備例I中所用的直徑為D=30nm的納米銀線分散液SEM圖。
[0024]圖4是本發(fā)明具體制備例2中所用的直徑為D=60nm的納米銀線分散液SEM圖。
[0025]圖5是本發(fā)明具體制備例3中所用的直徑為D=90nm的納米銀線分散液SEM圖。

【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0027]實施例一
[0028]一種基于納米銀線的柔性透明導(dǎo)電薄膜，光的透過率在87%以上，方阻在l(T200Ohm/sq，且在彎折至少二次后其方阻和透過率的變化率小于1%或保持不變。它主要由納米銀線組成的網(wǎng)絡(luò)層1、納米粒子填充結(jié)構(gòu)2和光學(xué)膠層4組成，所述的納米銀線分布于光學(xué)膠層上形成網(wǎng)絡(luò)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，同時有不少于10%的納米銀線鑲嵌在光學(xué)膠層中，這樣可以保證表面的平整，網(wǎng)絡(luò)層可由納米銀線的分散液通過旋涂方式在玻璃基底上形成，且無需加熱烘烤，納米粒子(可為納米二氧化鈦，納米二氧化鋯，納米二氧化硅或納米三氧化二鋁納米粒子中的一種或者幾種)填充在納米銀線組成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中，充當(dāng)連通導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的橋梁作用，同時對納米銀線的節(jié)點進(jìn)行纏繞保護(hù)，從而大大提到薄膜的導(dǎo)電性能，光學(xué)膠可以是UV膠，凝膠，硅凝膠，環(huán)氧膠中的一種，如圖2所示。其具備的制備過程如圖1所示。首先，將納米銀線分散液采用旋涂工藝涂布在玻璃上，放置5-10min，形成納米銀線導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),所用的納米銀線的尺寸為:長度L=5-100Mm，直徑D=20-100nm ;分散液為乙醇、水、異丙醇、甲醇、丙酮或二氯甲烷溶液，納米銀線分散液的重量百分比濃度為0.1% -2%，納米銀線分散液的重量百分比濃度為0.1% -2% ;其次，在納米銀線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層上采用旋涂工藝直接涂覆一層納米粒子分散液，加熱到70-90°C (最佳為80°C)，烘烤25-35s (最佳為30秒)，使納米粒子填充在納米銀線組成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中，充當(dāng)連通導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的橋梁作用，同時對納米銀線的節(jié)點進(jìn)行纏繞保護(hù)，所用的納米粒子的分散液的重量百分比濃度為0.1%-3%，納米粒子的尺寸為5-50nm ;最后，在已形成的網(wǎng)格中填充有納米粒子的納米銀線導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層上直接涂覆光學(xué)膠，固化后將薄膜從玻璃上剝離即可得到柔性透明導(dǎo)電薄膜；所使用的光學(xué)膠的粘度應(yīng)小于2000CPS,可米用光學(xué)UV膠、凝膠或環(huán)氧膠中的一種,光學(xué)UV膠可采用紫外光固化，凝膠和環(huán)氧膠采用室溫固化或者升溫到50-70°C固化。
[0029]具體例I
[0030]參照圖1，2，3
將濃度為0.2%的納米銀線(如圖3)分散液通過勻膠機均勻涂布在玻璃上，在空氣中放置5-10min使溶劑徹底揮發(fā)。在玻璃上形成一層均勻的納米銀線網(wǎng)絡(luò)。
[0031]將濃度為0.5%的納米二氧化鈦分散液均勻涂布在納米銀線網(wǎng)絡(luò)層上。80°C烘烤30s形成納米二氧化鈦填充納米銀線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0032]在納米二氧化鈦填充納米銀線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上旋涂上一層光學(xué)UV膠，紫外燈照射2-5min。固化完全后，將薄膜從玻璃上剝離。
[0033]薄膜的導(dǎo)電性能采用四探針法測試方塊電阻，用分光光度計測試所制備的薄膜的透過率。薄膜的柔性測試時是將薄膜反復(fù)彎折多次，測試其方阻和透過率是否發(fā)生變化。結(jié)果如表I。
[0034]具體例2
[0035]參照圖1，2，4
將濃度為0.7%的納米銀線(如圖4)分散液通過勻膠機均勻涂布在玻璃上，在空氣中放置5-10min使溶劑徹底揮發(fā)。在玻璃上形成一層均勻的納米銀線網(wǎng)絡(luò)。
[0036]將濃度為0.8%的納米二氧化鋯分散液均勻涂布在納米銀線網(wǎng)絡(luò)層上。80°C烘烤30s形成納米二氧化鋯填充納米銀線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0037]在納米二氧化鋯填充納米銀線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上旋涂上一層光學(xué)凝膠，50°C /2h烘干，固化完全后，將薄膜從玻璃上剝離。
[0038]薄膜的導(dǎo)電性能采用四探針法測試方塊電阻，用分光光度計測試所制備的薄膜的透過率。薄膜的柔性測試我們是將薄膜反復(fù)彎折多次，測試其方阻和透過率是否發(fā)生變化。結(jié)果如表I。
[0039]具體例3
[0040]參照圖1，2，5
將濃度為1.2%的納米銀線分散液(如圖5)通過勻膠機均勻涂布在玻璃上，在空氣中放置5-10min使溶劑徹底揮發(fā)。在玻璃上形成一層均勻的納米銀線網(wǎng)絡(luò)。
[0041]將濃度為2%的納米二氧化硅分散液均勻涂布在納米銀線網(wǎng)絡(luò)層上。80°C烘烤30s形成納米二氧化硅填充納米銀線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0042]在納米二氧化硅填充納米銀線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上旋涂上一層光學(xué)環(huán)氧膠，室溫固化。固化完全后將薄膜從玻璃上剝離即可。
[0043]薄膜的導(dǎo)電性能采用四探針法測試方塊電阻，用分光光度計測試所制備的薄膜的透過率。薄膜的柔性測試我們是將薄膜反復(fù)彎折多次，測試其方阻和透過率是否發(fā)生變化。結(jié)果如表I。
[0044]表I列出了本發(fā)明所有實例的柔性透明導(dǎo)電薄膜的相關(guān)測試數(shù)據(jù)(透過率，方阻):
彎餐前彎挪賴
麵倒方mmm
188.5107.6§8.4108.1
2ss.150.4mssm
3S7.222Jm222.6
[0045]本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于納米銀線的柔性透明導(dǎo)電薄膜，其特征在于包括納米銀線組成的網(wǎng)絡(luò)層、納米粒子填充結(jié)構(gòu)和光學(xué)膠層，所述的納米銀線分布于光學(xué)膠層上形成網(wǎng)絡(luò)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，同時有不少于10%的納米銀線鑲嵌在光學(xué)膠層中，這樣可以保證表面的平整，納米粒子填充在納米銀線組成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中，充當(dāng)連通導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的橋梁作用，同時對納米銀線的節(jié)點進(jìn)行纏繞保護(hù)，從而大大提到薄膜的導(dǎo)電性能。
2.如權(quán)利要求1所述的柔性透明導(dǎo)電薄膜，其特征在于所述的柔性透明導(dǎo)電薄膜的透過率在87%以上，方阻在l(T200ohm/Sq ;且在彎折至少二次后其方阻和透過率的變化率小于1%或保持不變。
3.如權(quán)利要求1所述的柔性透明導(dǎo)電薄膜，其特征在于所述的納米銀線由納米銀線的分散液通過旋涂方式在玻璃基底上形成，且無需加熱烘烤。
4.如權(quán)利要求1所述的柔性透明導(dǎo)電薄膜，其特征在于所述的納米粒子為納米二氧化鈦，納米二氧化鋯，納米二氧化硅或納米三氧化二鋁納米粒子中的一種或者幾種。
5.如權(quán)利要求1所述的一種納米銀線柔性透明導(dǎo)電薄膜，其特征在于，所述的光學(xué)膠可以是UV膠，凝膠，硅凝膠，環(huán)氧膠中的一種。
6.一種基于納米銀線的柔性透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征是它包括以下步驟: 1)將納米銀線分散液采用旋涂工藝涂布在玻璃上，放置5-10min，形成納米銀線導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)； 2)在納米銀線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層上采用旋涂工藝直接涂覆一層納米粒子分散液，加熱到70-90°C，烘烤25-35S，使納米粒子填充在納米銀線組成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中，充當(dāng)連通導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的橋梁作用，同時對納米銀線的節(jié)點進(jìn)行纏繞保護(hù)； 3)在已形成的網(wǎng)格中填充有納米粒子的納米銀線導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層上直接涂覆光學(xué)膠，固化后將薄膜從玻璃上剝離即可得到柔性透明導(dǎo)電薄膜。
7.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所用的納米銀線的尺寸為:長度L=5-100Mm，直徑D=20-100nm;分散液為乙醇、水、異丙醇、甲醇、丙酮或二氯甲烷溶液，納米銀線分散液的重量百分比濃度為0.1% -2%ο
8.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于所用的納米粒子的分散液的重量百分比濃度為0.1% _3%，納米粒子的尺寸為5-50nm。
9.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于所述的光學(xué)膠的粘度小于2000cPS，它為光學(xué)UV膠、凝膠或環(huán)氧膠中的一種，UV膠采用紫外光固化，凝膠和環(huán)氧膠采用室溫固化或者升溫到50-70°C固化。
【文檔編號】H01B5/14GK104134484SQ201410372644
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】鄭國兵, 李忠良, 蔣磊, 胡九龍, 洪乙又, 樊衛(wèi)華 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所