一种卷对卷制备高性能柔性透明导电膜的装备和方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于透明导电薄膜装置和制备方法技术领域，更具体地，涉及一种卷对卷 制备高性能柔性透明导电薄膜装置和方法。
【背景技术】
[0002] 透明导电薄膜的定义：①在可见光（波长380~760nm)的范围内应该有80%以 上的穿透率。②导电性高，要有低于1χ1〇_3Ω ·_的电阻率。透明导电薄膜被广泛应用于 触控面板，平板显示器，薄膜太阳能电池的透明电极，可致发光器件等。传统的透明导电薄 膜都是以氧化铟锡为主要的制作材料，但是在平板显示产品上，为了满足更大面积的应用、 更高画质的呈现，氧化铟锡的光穿透率与面电阻都不能符合新一代的技术需求。此外，由于 氧化铟锡质地脆，不具备可挠曲的特性，因此在柔性电子的应用领域上面受到极大的限制。 为了满足高光穿透率、低面电阻、可挠曲性的三大需求，科学家们大力投入，希望能找到取 代氧化铟锡的材料与技术。
[0003] 现在用于制作透明导电薄膜的导电材料主要有：金属纳米线、金属纳米颗粒、石墨 烯与碳纳米管、氧化物半导体、导电高分子等。其中采用线状导电填料制作的透明导电薄膜 具有优异的导电性能和透光率，在经过多次弯折后仍然能够保持较低的表面电阻值，被视 为可以取代ΙΤ0的下一代透明导电薄膜。
[0004] 通过少量的线状导电填料相互连接形成导电通路，填料周围仍然有大量的空白区 域，薄膜表面填料实际覆盖面积极低，从而制作出高透光率、低表面电阻的柔性透明导电薄 膜。同时，这些线状导电填料还可当作涂料，以卷对卷印刷方式将材料涂布于塑胶或玻璃介 质上，在使用或应用上具有更大的弹性。
[0005] 现有的卷对卷涂布装置，包含放卷、涂布、固化、复合和收卷单元，主要用于制备诸 如PEN、PET、PE等功能膜材。然而，这些常规的卷对卷涂布装置均无法实现线状导电填料的 交联，难以形成足够多的有效导电通路，从而影响基于线状导电填料的柔性透明导电膜的 电学性能。
【发明内容】
[0006] 本发明根据目前导电薄膜制备和装置技术中的不足，提供了一种卷对卷制备高性 能柔性透明导电薄膜装置和方法。
[0007] 本发明的技术目的通过以下技术方案实现：
[0008] 本发明提供了一种卷对卷制备高性能柔性透明导电膜的装置，包括至少一个放卷 装置、至少一个涂布装置、至少一个配向装置、至少一个固化装置、至少一个复合装置和至 少一个收卷装置，所述放卷装置用于放置基板，所述涂布装置用于在所述基板上涂布包含 导电填料的油墨，所述配向装置以接触的方式使得导电填料实现有序排布。
[0009] 优选地，所述放卷装置放卷后薄膜行进方向为第一方向，配向装置使得导电填料 沿着第二方向有序排列，第一方向与第二方向的夹角为配向角，配向角为0-90° ;配向装置 中配向器件以偏移第一方向一定角度、一定加速度运动；配向角通过配向器件运动加速度、 配向器件运动方向偏移第一方向的角度，薄膜行进速度，配向器件初速度，完成一次配向时 薄膜行进的路程调节。
[0010] 如图10所示，两种方案，均实现配向装置以迈耶棒方向α以加速度a运动。
[0011] 放卷后薄膜行进方向为第一方向，配向装置使得导电填料沿着第二方向有序排 列，第一方向与第二方向的夹角为配向角γ，配向装置的朝向与第一方向的夹角为迈耶棒 方向，配向角，其中a为配向单元移动的加速度、α为迈耶棒方向、&为薄膜在第一方向的 卷动速度，％为配向器件初速度，s为完成配向所卷动的路程。
[0012] 存在特殊情况，当加速度a = 0,配向器件初速度V(]= 0时，如图11所示，可认为 将配向装置固定，与卷动方向成迈耶棒方向α，此时从公式可得配向角γ = α。
[0013] 优选地，其特征在于，所述卷对卷制备高性能柔性透明导电膜的装置还包括机械 加压装置。
[0014] 本发明还提供一种卷对卷制备高性能柔性透明导电膜的方法，包括如下步骤：
[0015] S1.放置基板，并在所述基板上涂布包含导电填料的油墨；
[0016] S2.将S1中涂布油墨的基板进行配向，使得导电填料实现有序排布，形成交联的 导电网络；
[0017] S3.将S2中实现配向后的油墨进行固化，形成导电层；
[0018] S4.将S3中固化后的导电层上涂覆保护层；
[0019] S5.将S4中涂覆保护层的基板收卷，即得所述高性能柔性透明导电膜。
[0020] 优选地，所述S2中配向包括接触式配向和非接触式配向，所述接触式配向包括毛 刷刮涂、迈耶棒刮涂或机械摩擦的一种；所述非接触式配向包括电场诱导、磁场诱导、微流 诱导、Langmuir-Blodgett方法或有机高分子紫外光配向法中的一种。
[0021] 优选地，所述S1中涂布方式包括刮刀涂布、狭缝涂布、迈耶棒涂布、正向辊涂布、 逆转辊涂布、丝网印刷、凸版印刷、凹版印刷或喷墨打印。
[0022] 优选地，所述配向装置中配向器件以偏移第一方向一定角度、一定加速度运动；配 向角通过配向器件运动加速度，配向器件运动方向偏移第一方向的角度，薄膜行进速度，配 向器件初速度，完成一次配向时薄膜行进的路程调节。
[0023] 优选地，所述配向器件运动加速度大于等于0、配向器件运动方向偏移第一方向的 角度大于等于〇、配向器件初速度大于等于0。
[0024] 在卷对卷制程中，涂布或配向过程中如迈耶棒配向等直接接触，优选地可以加速 度移动，即a大于0,以补偿匀速移动可造成的溶液分布不均匀，从而提高导电性，且不影响 透光率。
[0025] 在取向涂辊网纹的形状、深度、每英寸线数及两辊之间接触线压力调定的情况下， 黏合剂浓度越大、取向涂布张力越小、取向涂布速度越快，则涂层越厚。
[0026] 如图9所示。图中取向单元从左端往右端运动。Vl为取向单元开始的速度，￥ 2为 取向单元结束取向时的速度。若Vi= v2,即勾速取向时，会带动溶液流动，一开始溶液充足， 会导致左端溶液较厚，到右端时溶液余量变少，导致右端溶液较薄，故取向后薄膜均匀性变 差。
[0027] 若修正右端薄膜偏薄，可以增加涂布速度，使ν,ν；；，补偿涂层厚度，使左右两端薄 膜厚度趋同。具体操作可以使取向装置以加速度a移动，则使Vl〈v2。
[0028] 优选地，所述S2中导电填料排布的方向与配向角存在角度偏差；超过50%的导电 填料的配向角偏差为0-30°。
[0029] 线性导电填料排布的方向并非指每根线性导电填料的指向与卷动正方向的取向 角度都是γ。用有线性导电填料的指向呈一定的分布，不经过配向则趋向随机分布，经过配 向后则满足以取向角度γ为平均值的正态分布，故存在有一定的角度偏差△ γ。
[0030] 优选地，超过50%的导电填料的配向角偏差Δ γ可以取0-30°，更优地，超过 50%的导电填料的配向角偏差Δ γ可以取0-20° ;更优地，超过50%的导电填料的配向角 偏差Δ γ可以取〇_1〇°。
[0031] 优选地，所述的导电层包括导电填料或导电填料和非挥发性组分基质形成的复合 薄膜。
[0032] 优选地，非挥发性基质包含但不限于甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维 素、明胶、聚乙烯醇、丙烯酸树脂、氯化烯烃树脂、氯乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂、聚氨酯树 脂的一种或多种。
[0033] 优选地，所述S1中导电填料包括线性纳米材料和导电碳材料及高分子材料，所述 线性纳米材料包括但不限于金属纳米线、碳基纳米线、娃基纳米线、金属化合物纳米线、导 电碳材料的一种或多种；所述导电碳材料包括石墨烯，所述导电高分子包括但不限于聚亚 乙基二氧化噻吩/聚苯乙烯磺酸、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩。
[0034]