一种银纳米线/聚二甲基硅氧烷复合薄膜的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种银纳米线/聚二甲基硅氧烷复合薄膜的制备方法，包括：将聚二甲基硅氧烷PDMS薄膜进行预拉伸，固定以及清洗处理，得到预拉伸的PDMS薄膜，然后置于加热台上，并喷涂银纳米线溶液，150～220℃退火20～60min；将预聚合的PDMS溶于溶剂中，得到PDMS旋涂液；然后旋涂在退火处理得到的表面喷有AgNWs的预拉伸PDMS薄膜上，烘干，去除预拉伸，得到银纳米线/聚二甲基硅氧烷复合薄膜。本发明的方法工艺简单，得到的薄膜同时具有良好的拉伸性能、透明性和导电性，在柔性电子，智能服装等领域有广泛的应用前景。
【专利说明】
一种银纳米线/聚二甲基硅氧烷复合薄膜的制备方法
技术领域
[0001]本发明属于柔性电子材料的制备领域，特别涉及一种银纳米线/聚二甲基硅氧烷复合薄膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着信息技术的发展，对柔性电子器件的需求变得十分迫切。然而，传统的刚性电子导体限制了柔性电子器件的发展，因为在反复拉伸和弯曲的过程中，导电性是不稳定的。为了解决这个问题，许多类型的柔性导电复合材料，最近已成功地制备和应用于柔性电子器件，如可变形天线，电容器，传感器，可拉伸的太阳能电池，电子皮肤等。
[0003]材料拉伸过程中，为了使材料在适应较大的机械形变的同时又维持材料的电性能和稳定性，材料本身或结构就需要具有伸缩性。对于这一问题，传统方法是将刚性导体设计成新的形状，然后通过封装在弹性材料上实现可拉伸性能，这就需要优化导体设计和精确的图案结构。目前的趋势是将可拉伸纳米材料制作在弹性基底上，使整体作为电学和可拉伸材料，例如石墨稀、碳纳米管、金属纳米线等最近在这一领域备受关注。碳纳米材料已在可拉伸导体领域成为主要研究课题，然而，它们的导电性较差。银纳米线(AgNWs)比碳纳米材料或其他金属纳米线的导电性更好，AgNWs的电导率至少比单壁碳纳米管(SWNTs)高一个数量级，比石墨烯高三个数量级，而且AgNWs还具有很好的柔性。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是性能优良的弹性材料，它具有很好的拉伸性和持久性，同时具有很好的透明度，制作过程也简单、便宜。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种银纳米线/聚二甲基硅氧烷复合薄膜的制备方法，该方法制备工艺简单，成本低，使薄膜同时具有良好的拉伸性能、透明性和导电性。
[0005]本发明的一种银纳米线/聚二甲基硅氧烷复合薄膜的制备方法，包括:
[0006](丨)将聚二甲基硅氧烷PDMS薄膜进行预拉伸，固定以及清洗处理，得到预拉伸的TOMS薄膜；
[0007](2)将步骤(I)中预拉伸的PDMS薄膜水平放置在加热台上，并喷涂银纳米线溶液，150?220°C低温退火20?60min;
[0008](3)将预聚合的PDMS溶于溶剂中，得到I3DMS旋涂液;然后将旋涂液旋涂在步骤(2)中退火处理得到的表面喷有AgNWs的预拉伸PDMS薄膜上，然后放入真空烘箱烘干，去除预拉伸，得到银纳米线/聚二甲基硅氧烷复合的可拉伸透明导电薄膜。
[0009]所述步骤(I)中PDMS薄膜的厚度为0.3?1mm。
[0010]所述步骤(I)中预拉伸比例为30%?80%;清洗为紫外臭氧清洗机处理，处理时间为10?40min。
[0011]所述步骤(2)中加热台的温度为40?80°C。
[0012]所述步骤(2)中银纳米线溶液的浓度为0.3?1.2mg/ml，用量为0.6?3.2ml/cm20
[0013]所述步骤(3)中预聚合的TOMS的制备方法:将PDMS前驱体溶液放在温度为40?900C的烘箱中放20?50min固化，得到预聚合的I3DMS;其中，PDMS前驱体溶液是将购买的美国道康宁DC184硅橡胶中的主剂PDMS与固化剂按质量比10:1混合得到。
[0014]所述步骤(3)中溶剂为二氯甲烷;PDMS旋涂液中预聚合的PDMS与二氯甲烷的质量比为 1:40 ?1:120。
[0015]所述步骤(3)中旋涂的转速为400?3000rpm，时间为10?60s。
[0016]所述烘干的温度为80°C。
[0017]本发明将AgNWs喷涂在预拉伸的PDMS基底上，再通过在AgNWs表面旋涂一层很薄的PDMS使AgNWs镶嵌在PDMS中，得到的AgNWs/PDMS复合薄膜具有良好的可拉伸性和导电性，同时透明度也可达到75%以上。
[0018]有益效果
[0019](I)本发明的制备方法简单，成本低，适合规模化生产；
[0020](2)本发明得到的AgNWs /I3DMS复合薄膜具有良好的可拉伸性和导电性，同时透明度也可达到75%以上。
【附图说明】
[0021]图1为实施例1制备的AgNWs/PDMS复合薄膜的场发射扫描电镜照片；
[0022]图2为实施例1制备的AgNWs/PDMS复合薄膜的紫外透过光谱；
[0023]图3为实施例1制备的AgNWs/PDMS复合薄膜拉伸50%的数码照片；其中，3A为拉伸前，3B为拉伸后；
[0024]图4为实施例1制备的AgNWs/PDMS复合薄膜拉伸至50%的电阻随应变变化图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0026]实施例1
[0027]将厚度是0.48mm的PDMS薄膜经乙醇超声清洗后，预拉伸80%并固定，放入紫外臭氧清洗机处理30min，水平放在温度为70°C的热台上，将已配制好的浓度是0.65mg/ml的银纳米线溶液喷涂在PDMS薄膜上，用量为1.2ml/cm2，然后190°C退火30min，得到表面喷有AgNWs的预拉伸PDMS薄膜。将PDMS前驱体溶液放在温度为60 °C的烘箱中放30min固化，得到预聚合的PDMS，按质量比1:60的比例将预聚合的PDMS溶于二氯甲烷中，得到PDMS旋涂液，以3000rpm的转速旋涂30s，将TOMS旋涂液旋涂在上述得到的表面喷有AgNWs的预拉伸PDMS薄膜上，然后放入80°C真空烘箱烘干，最后去除预拉伸，得到AgNWs/PDMS复合的可拉伸透明导电薄膜。图1是AgNWs/PDMS复合的可拉伸透明导电薄膜的场发射扫描电镜照片，可以看出AgNWs经退火后已连接在一起，并镶嵌在PDMS表面。图2是AgNWsA3DMS复合的可拉伸透明导电薄膜的紫外透射光谱，从图中可以看出AgNWs/PDMS薄膜的透过率可以达到75 %。图3是AgNWs/HMS复合的可拉伸透明导电薄膜拉伸50 %的数码照片。图4是AgNWs/HMS复合的可拉伸透明导电薄膜拉伸至50%的电阻随应变变化图，从图中可以看出循环拉伸100次以后，拉伸至50%时，电阻已基本稳定。
[0028]实施例2
[0029]将厚度是0.3mm的PDMS薄膜经乙醇超声清洗后，预拉伸50%并固定，放入紫外臭氧清洗机处理1min，水平放在温度为40 °C的热台上，将已配制好的浓度是0.30mg/ml的银纳米线溶液喷涂在PDMS薄膜上，用量为2.4ml/cm2，然后150 °C退火20min，得到表面喷有AgNWs的预拉伸PDMS薄膜。将PDMS前驱体溶液放在温度为40 °C的烘箱中放50min固化，得到预聚合的PDMS，按质量比1:80的比例将预聚合的PDMS溶于二氯甲烷中，得到PDMS旋涂液，以400rpm的转速旋涂10s，将PDMS旋涂液旋涂在上述得到的表面喷有AgNWs的预拉伸TOMS薄膜上，然后放入80 °C真空烘箱烘干，最后去除预拉伸，得到AgNWs/PDMS复合的可拉伸透明导电薄膜。由于PDMS薄膜厚度减小，使其强度比实施例1有所降低，旋涂时转速降低、时间减少使表面旋涂的PDMS层变厚，降低了 AgNWs/PDMS薄膜的导电性，拉伸100次所测得拉伸50 %时的电阻要比实施例1中的电阻大40Ω左右，稳定性也有所降低。
[0030]实施例3
[0031 ]将厚度是0.48mm的PDMS薄膜经乙醇超声清洗后，预拉伸80 %并固定，放入紫外臭氧清洗机处理20min，水平放在温度为80°C的热台上，将已配制好的浓度是1.20mg/ml的银纳米线溶液喷涂在PDMS薄膜上，用量为0.6ml/cm2，然后220°C退火30min，得到表面喷有AgNWs的预拉伸PDMS薄膜。将PDMS前驱体溶液放在温度为60 °C的烘箱中放30min固化，得到预聚合的PDMS，按质量比1: 120的比例将预聚合的TOMS溶于二氯甲烷中，得到I3DMS旋涂液，以100rpm的转速旋涂60s，将TOMS旋涂液旋涂在上述得到的表面喷有AgNWs的预拉伸TOMS薄膜上，然后放入80°C真空烘箱烘干，最后去除预拉伸，得到AgNWs/PDMS复合的可拉伸透明导电薄膜。PDMS旋涂液中预聚合PDMS与二氯甲烷的比例增加，使旋涂的PDMS层变薄，强度降低，AgNWs易脱落，测量拉伸至60%时的电阻，拉伸100次测得电阻要比实施例1中的电阻大60 Ω左右，稳定性降低。
[0032]实施例4
[0033]将厚度是1.0Omm的PDMS薄膜经乙醇超声清洗后，预拉伸80 %并固定，放入紫外臭氧清洗机处理40min，水平放在温度为70°C的热台上，将已配制好的浓度是0.65mg/ml的银纳米线溶液喷涂在PDMS薄膜上，用量为3.2ml/cm2，然后190°C退火60min，得到表面喷有AgNWs的预拉伸PDMS薄膜。将PDMS前驱体溶液放在温度为60 °C的烘箱中放30min固化，得到预聚合的PDMS，按质量比1:60的比例将预聚合的PDMS溶于二氯甲烷中，得到PDMS旋涂液，以3000rpm的转速旋涂30s，将TOMS旋涂液旋涂在上述得到的表面喷有AgNWs的预拉伸PDMS薄膜上，然后放入80°C真空烘箱烘干，最后去除预拉伸，得到AgNWs/PDMS复合的可拉伸透明导电薄膜。由于PDMS薄膜厚度增加，使其强度相对于实施例1有所提高，并且喷涂时银纳米线溶液用量比实施例1多，AgNWs/PDMS薄膜导电性提高，测量拉伸至70 %时的电阻，拉伸100次测得的电阻要比实施例1中的电阻小50 Ω左右，但是透过率比实施例1低60 %左右，而且稳定性降低。
[0034]实施例5
[0035]将厚度是0.48mm的PDMS薄膜经乙醇超声清洗后，预拉伸30%并固定，放入紫外臭氧清洗机处理30min，水平放在温度为60°C的热台上，将已配制好的浓度是0.65mg/ml的银纳米线溶液喷涂在PDMS薄膜上，用量为1.2ml/cm2，然后170°C退火40min，得到表面喷有AgNWs的预拉伸PDMS薄膜。将PDMS前驱体溶液放在温度为90 °C的烘箱中放20min固化，得到预聚合的PDMS，按质量比1:40的比例将预聚合的PDMS溶于二氯甲烷中，得到PDMS旋涂液，以2000rpm的转速旋涂40s，将TOMS旋涂液旋涂在上述得到的表面喷有AgNWs的预拉伸PDMS薄膜上，然后放入80°C真空烘箱烘干，最后去除预拉伸，得到AgNWs/PDMS复合的可拉伸透明导电薄膜。由于对PDMS薄膜预拉伸程度降低，I3DMS旋涂液中预聚合PDMS与二氯甲烷的比例提高，导致旋涂的I3DMS层厚度增加，AgNWs/PDMS薄膜导电性降低，测量拉伸至50%时的电阻，拉伸100次测得电阻要比实施例1中的电阻大60 Ω左右，稳定性降低。
【主权项】
1.一种银纳米线/聚二甲基硅氧烷复合薄膜的制备方法，包括: (1)将聚二甲基硅氧烷TOMS薄膜进行预拉伸，固定以及清洗处理，得到预拉伸的PDMS薄膜； (2)将步骤(I)中预拉伸的PDMS薄膜置于加热台上，并喷涂银纳米线溶液，150?220°C退火20?60min; (3)将预聚合的PDMS溶于溶剂中，得到PDMS旋涂液;然后将旋涂液旋涂在步骤(2)中退火处理得到的表面喷有AgNWs的预拉伸PDMS薄膜上，烘干，去除预拉伸，得到银纳米线/聚二甲基硅氧烷复合薄膜。2.根据权利要求1所述的一种银纳米线/聚二甲基硅氧烷复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中PDMS薄膜的厚度为0.3?1mm。3.根据权利要求1所述的一种银纳米线/聚二甲基硅氧烷复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中预拉伸比例为30%?80%;清洗为紫外臭氧清洗机处理，处理时间为10?40mino4.根据权利要求1所述的一种银纳米线/聚二甲基硅氧烷复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中加热台的温度为40?80°C。5.根据权利要求1所述的一种银纳米线/聚二甲基硅氧烷复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤⑵中银纳米线溶液的浓度为0.3?I.2mg/ml，用量为0.6?3.2ml/cm2。6.根据权利要求1所述的一种银纳米线/聚二甲基硅氧烷复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中预聚合的PDMS的制备方法:将PDMS前驱体溶液放在温度为40?90 °C的烘箱中放20?50min固化，得到预聚合的PDMS。7.根据权利要求1所述的一种银纳米线/聚二甲基硅氧烷复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中溶剂为二氯甲烷;PDMS旋涂液中预聚合的PDMS与二氯甲烷的质量比为1:40?1:120。8.根据权利要求1所述的一种银纳米线/聚二甲基硅氧烷复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中旋涂的转速为400?3000rpm，时间为10?60s。
【文档编号】C09D183/04GK106084268SQ201610422579
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月15日 公开号201610422579.X, CN 106084268 A, CN 106084268A, CN 201610422579, CN-A-106084268, CN106084268 A, CN106084268A, CN201610422579, CN201610422579.X
【发明人】王宏志, 范宏伟, 李克睿, 李耀刚, 张青红, 侯成义
【申请人】东华大学