本发明涉及导电薄膜领域，尤其涉及一种透明导电薄膜及其制备方法与应用。
背景技术：
透明导电薄膜是一种既具有良好导电性又在可见光波长范围内具有高透光率的薄膜，主要应用于太阳能电池、显示器、气敏元件、抗静电涂层、透明电磁波屏蔽等领域，具有极其广阔的市场前景。
目前，研究和应用最为广泛的是金属膜系和氧化物膜系，例如：锡掺杂三氧化铟(ITO)透明导电薄膜、铝掺杂氧化锌(AZO)透明导电薄膜等。ITO透明导电薄膜具有优良的透光性和导电性，因此ITO透明导电薄膜一直主导着透明导电薄膜的市场；但ITO透明导电薄膜的抗挠折性能相对较差，而且生产成本高昂，因此ITO透明导电薄膜很难实现大面积生产应用。近年来，各研究机构均在研发替代ITO材料的透明导电薄膜，但与ITO透明导电薄膜相比，已研发出的ITO透明导电薄膜替代产品透光率较低、表面电阻相对较高，整体性能较差。
技术实现要素：
针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种透明导电薄膜及其制备方法与应用，该透明导电薄膜不仅具有堪比ITO透明导电薄膜的透光率和导电性能，而且制备工艺简单、生产成本低廉。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种透明导电薄膜，包括基底和金属层，所述的金属层是由直径为100～500nm的纳米银线组成的导电网格，并且该金属层的厚度为400nm～1μm。
优选地，所述的纳米银线由直径小于10nm的银纳米颗粒组成。
优选地，所述的基底为透明玻璃片或透明塑料片。
一种透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤A、将硝酸银与第一反应液均匀混合，制得纺丝原液；其中，所述的第一反应液为聚丙烯腈或聚丙烯腈共聚物中的至少一种；
步骤B、采用步骤A中制得的纺丝原液进行静电纺丝，并采用透明导电薄膜的基底进行接收，从而在透明导电薄膜的基底上制得纳米纤维网格；
步骤C、对步骤B中基底上的纳米纤维网格进行20～30min的银镜反应，使所述纳米纤维网格原位还原成直径为100～500nm的纳米银线，从而制得上述技术方案中所述的透明导电薄膜。
优选地，在静电纺丝中，静电纺丝电压为15～24KV，纺丝距离为15～25CM，纺丝温度为15～35℃。
优选地，在静电纺丝中，接收装置采用平板式接收装置或旋转式接收装置。
上述技术方案中所述的透明导电薄膜在触控面板、平板显示、电磁屏蔽、太阳能光伏器件或汽车窗加热领域的应用。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所提供的透明导电薄膜采用了由直径为100～500nm的纳米银线组成的导电网格作为金属层，并且金属层的厚度为400nm～1μm，从而使该透明导电薄膜具有良好的可见光透过率和较低的方块电阻，堪比现有技术中ITO透明导电薄膜的透光率和导电性能，并且生产成本低廉，因此该透明导电薄膜在触控面板、平板显示、电磁屏蔽、太阳能光伏器件、汽车窗加热等领域均具有广阔的应用前景。而该透明导电薄膜的制备方法采用硝酸银与第一反应液的均相混合液作为纺丝原液进行静电纺丝，然后通过银镜反应将基底上接收的纳米纤维网格原位还原成纳米银线，从而即可制得所述的透明导电薄膜；由此可见，本发明所提供的透明导电薄膜制备工艺简单、室温下即可进行、生产成本低廉。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例所提供的透明导电薄膜的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面对本发明所提供的透明导电薄膜及其制备方法与应用进行详细描述。
一种透明导电薄膜，包括基底和金属层；所述的金属层是由直径为100～500nm的纳米银线组成的导电网格，并且该金属层的厚度为400nm～1μm。所述的纳米银线由直径小于10nm的银纳米颗粒组成。所述的基底可采用透明玻璃片或透明塑料片，但最好采用柔性透明PET(Polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)，这可以使透明导电薄膜具有良好的柔韧性和透光率。
具体地，该透明导电薄膜的制备方法可以包括以下步骤：
步骤A、将硝酸银与第一反应液均匀混合成均相混合液，从而得到纺丝原液。具体而言，所述第一反应液为聚丙烯腈或聚丙烯腈共聚物中的至少一种；在该纺丝原液中，硝酸银的质量分数为1～10％，聚合物的质量分数为10～30％，其余为溶剂。
步骤B、采用步骤A中制得的纺丝原液进行静电纺丝，并采用透明导电薄膜的基底进行接收，从而在透明导电薄膜的基底上制得纳米纤维网格。具体而言，将步骤A中制得的纺丝原液加入到现有静电纺丝机的注射泵内，并将透明导电薄膜的基底安装在现有静电纺丝机的接收装置(该接收装置可以是平板式接收装置或旋转式接收装置)上进行接收，然后调节泵进速度为0.5～5mL/h、纺丝温度为15～35℃、电场的静电纺丝电压为15～24KV、纺丝距离(所述纺丝距离是指由注射泵的出液口到接收装置上透明导电薄膜的基底之间的距离)为15～25cm，使所述纺丝原液通过电场的静电作用拉伸成纳米纤维，并喷射到所述透明导电薄膜的基底上，从而在透明导电薄膜的基底上形成固化的纳米纤维网格。在实际应用中，可以控制静电纺丝时间为1～5min，并且可以控制所制得的纳米纤维网格的厚度。
步骤C、对步骤B中基底上的纳米纤维网格进行20～30min的银镜反应，使所述纳米纤维网格原位还原成直径为100～500nm的纳米银线，从而即可制得上述技术方案中所述的透明导电薄膜。具体而言，将步骤B中基底上的纳米纤维网格浸泡在葡萄糖溶液中，并滴加银氨溶液进行20～30min的银镜反应，使所述纳米纤维网格原位还原成需要尺寸的纳米银线，从而即可制得上述技术方案中所述的透明导电薄膜。在实际应用中，可以采用去离子水对步骤C中制得的透明导电薄膜进行清洗，并在50℃下真空干燥1小时，从而即可得到成品的透明导电薄膜。
进一步地，采用扫描电子显微镜对步骤C中制得的透明导电薄膜进行观察，从而可以得到如图1A和图1B所示的扫描电镜照片。对步骤C中制得的透明导电薄膜进行性能检测可知：该透明导电薄膜的方块电阻为10～90Ω/sq，透光率在75～90％之间，因此该透明导电薄膜在触控面板、平板显示、电磁屏蔽、太阳能光伏器件、汽车窗加热等领域均具有广阔的应用前景。
由此可见，本发明实施例不仅具有堪比ITO透明导电薄膜的透光率和导电性能，而且制备工艺简单、室温下即可进行，生产成本低廉。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的透明导电薄膜及其制备方法与应用进行详细描述。
实施例1
一种透明导电薄膜，其制备方法可以包括以下步骤：
步骤A1、将聚丙烯腈溶解在二甲基甲酰胺中制成质量分数为20％的聚丙烯腈溶液，然后在室温下将该质量分数为20％的聚丙烯腈溶液与硝酸银均匀混合，从而得到硝酸银的质量分数为5％的纺丝原液。将该纺丝原液静置一段时间脱泡，以用于后续静电纺丝。
步骤B1、将铝箔安装在现有静电纺丝机的辊式接收装置(辊式接收装置是旋转式接收装置中的一种)上，并在该铝箔上固定用于接收的柔性透明PET片材(该柔性透明PET片材就是透明导电薄膜的基底)，该辊式接收装置的转速为300r/min。然后将步骤A1中制得的纺丝原液加入到现有静电纺丝机的注射泵内，并调节泵进速度为0.5mL/h、纺丝温度为15～35℃、电场的静电纺丝电压为18kV、纺丝距离为15cm，静电纺丝时间为1min，使所述纺丝原液通过电场的静电作用拉伸成纳米纤维，并喷射到所述柔性透明PET片材上逐渐固化，从而形成了以所述柔性透明PET片材为基底的纳米纤维网格。
步骤C1、将步骤B1中以所述柔性透明PET片材为基底的纳米纤维网格浸泡在浓度为5g/L的葡萄糖溶液中，并利用等压分液漏斗将银氨溶液滴加到该葡萄糖溶液中，滴加速度为3～4滴/s，搅拌速度为600r/s，进行20min的银镜反应，使所述纳米纤维网格原位还原成直径为100～500nm的纳米银线，然后采用去离子水进行清洗，并在50℃下真空干燥1小时，从而即可制得的成品透明导电薄膜。
具体地，通过对本发明实施例1中制得的成品透明导电薄膜进行检测可知：本发明实施例1中制得的成品透明导电薄膜，其纳米银线的平均直径为300nm，其平均方块电阻为60Ω/sq，透光率在80％。
实施例2
一种透明导电薄膜，其制备方法可以包括以下步骤：
步骤A2、将聚丙烯腈溶解在二甲基甲酰胺中制成质量分数为15％的聚丙烯腈溶液，然后在室温下将该质量分数为15％的聚丙烯腈溶液与硝酸银均匀混合，从而得到硝酸银的质量分数为2％的纺丝原液。将该纺丝原液静置一段时间脱泡，以用于后续静电纺丝。
步骤B2、将铝箔安装在现有静电纺丝机的辊式接收装置(辊式接收装置是旋转式接收装置中的一种)上，并在该铝箔上固定用于接收的柔性透明PET片材(该柔性透明PET片材就是透明导电薄膜的基底)，该辊式接收装置的转速为1000r/min。然后将步骤A2中制得的纺丝原液加入到现有静电纺丝机的注射泵内，并调节泵进速度为0.5mL/h、纺丝温度为15～35℃、电场的静电纺丝电压为18kV、纺丝距离为15cm，静电纺丝时间为2min，使所述纺丝原液通过电场的静电作用拉伸成纳米纤维，并喷射到所述柔性透明PET片材上逐渐固化，从而形成了以所述柔性透明PET片材为基底的纳米纤维网格。
步骤C2、将步骤B2中以所述柔性透明PET片材为基底的纳米纤维网格浸泡在浓度为5g/L的葡萄糖溶液中，并利用等压分液漏斗将银氨溶液滴加到该葡萄糖溶液中，滴加速度为3～4滴/s，搅拌速度为600r/s，进行15min的银镜反应，使所述纳米纤维网格原位还原成直径为100～500nm的纳米银线，然后采用去离子水进行清洗，并在50℃下真空干燥1小时，从而即可制得的成品透明导电薄膜。
具体地，通过对本发明实施例2中制得的成品透明导电薄膜进行检测可知：本发明实施例2中制得的成品透明导电薄膜，其纳米银线的平均直径为200nm，其平均方块电阻为65Ω/sq，透光率在85％。
实施例3
一种透明导电薄膜，其制备方法可以包括以下步骤：
步骤A3、将聚丙烯腈-苯乙烯共聚物溶解在二甲基甲酰胺中制成质量分数为25％的聚丙烯腈-苯乙烯共聚物溶液，然后在室温下将该质量分数为25％的聚丙烯腈-苯乙烯共聚物溶液与硝酸银均匀混合，从而得到硝酸银的质量分数为5％的纺丝原液。将该纺丝原液静置一段时间脱泡，以用于后续静电纺丝。
步骤B3、将铝箔安装在现有静电纺丝机的辊式接收装置(辊式接收装置是旋转式接收装置中的一种)上，并在该铝箔上固定用于接收的柔性透明PET片材(该柔性透明PET片材就是透明导电薄膜的基底)，该辊式接收装置的转速为500r/min。然后将步骤A3中制得的纺丝原液加入到现有静电纺丝机的注射泵内，并调节泵进速度为0.5mL/h、纺丝温度为15～35℃、电场的静电纺丝电压为18kV、纺丝距离为15cm，静电纺丝时间为1min，使所述纺丝原液通过电场的静电作用拉伸成纳米纤维，并喷射到所述柔性透明PET片材上逐渐固化，从而形成了以所述柔性透明PET片材为基底的纳米纤维网格。
步骤C3、将步骤B3中以所述柔性透明PET片材为基底的纳米纤维网格浸泡在浓度为5g/L的葡萄糖溶液中，并利用等压分液漏斗将银氨溶液滴加到该葡萄糖溶液中，滴加速度为3～4滴/s，搅拌速度为600r/s，进行20min的银镜反应，使所述纳米纤维网格原位还原成直径为100～500nm的纳米银线，然后采用去离子水进行清洗，并在50℃下真空干燥1小时，从而即可制得的成品透明导电薄膜。
具体地，通过对本发明实施例3中制得的成品透明导电薄膜进行检测可知：本发明实施例3中制得的成品透明导电薄膜，其纳米银线的平均直径为350nm，其平均方块电阻为40Ω/sq，透光率在75％。
实施例4
一种透明导电薄膜，其制备方法可以包括以下步骤：
步骤A4、将聚丙烯腈-苯乙烯共聚物溶解在二甲基甲酰胺中制成质量分数为28％的聚丙烯腈-苯乙烯共聚物溶液，然后在室温下将该质量分数为28％的聚丙烯腈-苯乙烯共聚物溶液与硝酸银均匀混合，从而得到硝酸银的质量分数为10％的纺丝原液。将该纺丝原液静置一段时间脱泡，以用于后续静电纺丝。
步骤B4、将铝箔安装在现有静电纺丝机的平板式接收装置上，并在该铝箔上固定用于接收的玻璃片(该玻璃片就是透明导电薄膜的基底)。然后将步骤A4中制得的纺丝原液加入到现有静电纺丝机的注射泵内，并调节泵进速度为0.8mL/h、纺丝温度为15～35℃、电场的静电纺丝电压为20kV、纺丝距离为15cm，静电纺丝时间为1min，使所述纺丝原液通过电场的静电作用拉伸成纳米纤维，并喷射到所述玻璃片上逐渐固化，从而形成了以所述玻璃片为基底的纳米纤维网格。
步骤C4、将步骤B4中以所述玻璃片为基底的纳米纤维网格浸泡在浓度为5g/L的葡萄糖溶液中，并利用等压分液漏斗将银氨溶液滴加到该葡萄糖溶液中，滴加速度为3～4滴/s，搅拌速度为600r/s，进行20min的银镜反应，使所述纳米纤维网格原位还原成直径为100～500nm的纳米银线，然后采用去离子水进行清洗，并在50℃下真空干燥1小时，从而即可制得的成品透明导电薄膜。
具体地，通过对本发明实施例4中制得的成品透明导电薄膜进行检测可知：本发明实施例4中制得的成品透明导电薄膜，其纳米银线的平均直径为400nm，其平均方块电阻为30Ω/sq，透光率在75％。
综上可见，本发明实施例不仅具有堪比ITO透明导电薄膜的透光率和导电性能，而且制备工艺简单、生产成本低廉。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。