一种金属纳米线薄膜的制备方法及其应用

本发明属于电磁波技术、薄膜制备，具体涉及一种金属纳米线薄膜的制备方法及应用其作为射频传输线。

背景技术：

1、近年来，液晶相控阵技术为相控阵低成本化带来了全新的契机。液晶相控阵利用液晶材料本身的电调控特性替代t/r组件实现相控阵的波束扫描，因此具有天然的低成本优势。液晶作为一种单轴晶体，其分子长轴具有一个固定的指向，在外加电场或磁场的作用下，液晶分子的长轴指向将发生偏转，从而引起液晶宏观介电常数的变化。这样的特性使加载液晶的天线具备电调控能力，并且具有工作频率范围宽(从微波到太赫兹)、结构紧凑以及性能稳定等诸多优点。

2、然而现有液晶移相器损耗大、尺寸大，导致液晶相控阵效率低，且难以实现多通道集成。液晶移相器的损耗来自于两个方面，一是欧姆损耗，二是辐射损耗。欧姆损耗可以通过优化移相器形状和参数达到最小值，而辐射损耗则依赖液晶移相器的电磁场束缚能力。金属化过孔和慢波结构是提高射频器件电磁场束缚能力的常用手段，但金属化过孔受限于液晶面板工艺而无法在设计中采用，慢波结构则会占用额外的电路面积，导致液晶移相器尺寸增大、难以集成。最新的研究结果表明，利用金属纳米线薄膜可以在无金属化过孔、不占用额外电路面积的条件下实现液晶移相器的低损耗设计，为解决实现液晶移相器低损耗、小型化设计带来新的契机。目前已报道的金属纳米线薄膜一般采用在柔性衬底上沉积金属纳米线，在两层柔性衬底中间加入金属纳米线层等方式制备，这些制备方式制备出的薄膜相对容易损坏，且不易提取其物理模型，会造成后续分析的不便。

3、由上述分析可见，虽然金属纳米线薄膜在平衡液晶移相器损耗以及电路尺寸的问题上展现出了巨大潜力，但尚未有工作对可以兼容显示面板工艺的金属纳米线薄膜的制备方法进行深入研究。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有在柔性衬底上沉积金属纳米线的方法易损坏，寿命与稳定性不好的问题，而提供一种金属纳米线薄膜的制备方法及其应用。

2、本发明金属纳米线薄膜的制备方法按照以下步骤实现：

3、一、将2.5～3.5g氯化银和0.5～1.5g葡萄糖加入到80～150ml去离子水中，磁力搅拌搅拌完全溶解，得到反应液；

4、二、将反应液倒入高压釜中，以180℃～200℃的温度水热反应10～16h，离心分离固相物，经洗涤烘干后得到银纳米线；

5、三、将步骤二得到的银纳米线加入到无水乙醇中，以50w的功率进行超声分散，得到纳米银线—乙醇混合液；

6、四、将分散好的银纳米线—乙醇混合液加入到热固性pi(聚酰亚胺)液体中，磁力搅拌12h以上，使混合液和聚酰亚胺液体混合均匀，得到混合聚酰亚胺液体；

7、五、将步骤四的混合聚酰亚胺液体涂抹在硬质衬底上，控制匀胶机的转速为400～600r/min匀胶(旋转)处理8～15s，再以3500～4500r/min的转速匀胶处理50～80s，得到平铺有混合液体的衬底；

8、六、将平铺有混合液体的衬底放到烤胶台上，以100～200℃的温度进行烘烤固化，待自然冷却后，得到固化后的纳米线薄膜；

9、七、将固化后的纳米线薄膜放置于波长为800nm的飞秒激光器下，在0.1～1.7μj/cm2的功率下，对整张薄膜进行扫描处理，从而制备得到金属纳米线薄膜；

10、其中步骤四中的银纳米线与热固性pi液体的质量比为0.5～5:100。

11、本发明金属纳米线薄膜的应用是将金属纳米线薄膜作为液晶移相器中的射频传输线。

12、本发明采用水热法工艺制备纳米银线，工艺环保，并能保证纳米银线直径：长度的比值达到1:1000以上，保证了金属纳米线薄膜良好的导电性。步骤三中将银纳米线加入到无水乙醇中，预先分散纳米银线有助于纳米银线尽可能均匀分布在柔性衬底中。本发明采用飞秒激光器对金属纳米线薄膜进行后处理，可以在不影响pi衬底的同时对纳米银线进行焊接，进一步提升薄膜的导电性。

13、本发明是将金属纳米线与柔性衬底的液态前体混合，再均匀平铺后固化的制备方式。这种制备方法可以使金属纳米线与柔性衬底彻底融合，可以直接将其当做薄膜电阻分析。并且相比在柔性衬底上沉积金属纳米线薄膜的制备方法，此方法的金属纳米线被柔性衬底包裹，不易氧化，其寿命与稳定性会有明显提升。除此之外，此制备方法可以通过调整金属纳米线的质量占比来调整薄膜的电阻，具有更广泛的适用性。

14、本发明为了解决因制备方法而导致的金属纳米线薄膜的薄膜电阻不便调控，薄膜易损坏，物理模型不易分析的问题。在现有的制备方式中，金属纳米线薄膜与柔性衬底是分离的，因此存在金属纳米线易氧化、薄膜易损坏，薄膜电阻不便调控的问题。将金属纳米线与柔性衬底液态前体混合再制膜的方法可以使金属纳米线与衬底完全融合，从而使金属纳米线被很好地保护起来，避免纳米线被氧化以及纳米线通路被破坏。而通过控制金属纳米线与液态前体的配比，可以精确地调控薄膜的电阻，操作简单且效果良好。

技术特征：

1.一种金属纳米线薄膜的制备方法，其特征在于该制备方法按照以下步骤实现：

2.根据权利要求1所述的金属纳米线薄膜的制备方法，其特征在于步骤一中将2.8g氯化银和1g葡萄糖加入到100ml去离子水中。

3.根据权利要求1所述的金属纳米线薄膜的制备方法，其特征在于步骤二中以180℃的温度水热反应12h。

4.根据权利要求1所述的金属纳米线薄膜的制备方法，其特征在于步骤二中得到的银纳米线的长度为400～550μm，直径为80～120nm。

5.根据权利要求1所述的金属纳米线薄膜的制备方法，其特征在于步骤三中银纳米线和无水乙醇的质量体积比为(2～4g):(4～8ml)。

6.根据权利要求1所述的金属纳米线薄膜的制备方法，其特征在于步骤四中磁力搅拌时间为15～24h。

7.根据权利要求1所述的金属纳米线薄膜的制备方法，其特征在于步骤五中控制匀胶机的转速为500r/min匀胶处理10s，再以4000r/min的转速匀胶处理60s。

8.根据权利要求1所述的金属纳米线薄膜的制备方法，其特征在于步骤六中先以100℃烘烤1h，然后再以200℃烘烤1h。

9.根据权利要求1所述的金属纳米线薄膜的制备方法，其特征在于步骤六得到的金属纳米线薄膜的厚度为0.03～0.04mm。

10.如权利要求1所述的金属纳米线薄膜的应用，其特征在于将金属纳米线薄膜作为液晶移相器中的射频传输线。

技术总结
一种金属纳米线薄膜的制备方法及其应用，本发明为了解决现有在柔性衬底上沉积金属纳米线的方法易损坏，寿命与稳定性不好的问题。制备方法：一、将氯化银和葡萄糖加入到去离子水中，得到反应液；二、以180℃～200℃的温度进行水热反应；三、银纳米线加入到无水乙醇中超声分散；四、将分散好的银纳米线—乙醇混合液加入到热固性PI液体中，得到混合聚酰亚胺液体；五、将混合液体涂抹在硬质衬底上匀胶处理；六、将平铺有混合液体的衬底烘烤固化；七、激光扫描处理。本发明将金属纳米线与柔性衬底液态前体混合再制膜的方法可以使金属纳米线与衬底完全融合，从而使金属纳米线被很好地保护起来，避免纳米线被氧化以及纳米线通路被破坏。

技术研发人员：王琮,唐晓聪,魏杰,孟繁义
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15