基于银纳米线导电网络的壳聚糖柔性透明导电薄膜的制作方法

文档序号:13542380阅读:366来源:国知局

本发明涉及一种基于银纳米线导电网络的壳聚糖柔性透明导电薄膜,属光电材料领域。



背景技术:

透明导电薄膜是指在可见光范围内具有较高的透光率以及优良的导电性能的薄膜材料,它是包括太阳能电池、发光二极管、液晶显示器等在内的众多光电器件的重要组成部分。目前使用最多的透明导电薄膜是氧化铟锡(ito)。但是由于ito脆弱、易碎、缺乏柔性、昂贵等缺点,已不能适应柔性光电器件的需求。石墨烯、碳纳米管、金属纳米线以及导电高分子都被用来取代ito制备柔性透明电极。其中溶液中制备得到的agnws既可以实现大规模的卷对卷涂覆,又具备可比拟ito的光电性能,成为取代ito最有潜力的材料(刘萍,曾葆青,王亚雄,汪江浩.纳米线透明导电薄膜的制备及在光电器件中的应用[j].材料导报,2017,31(07):6-18;段莎莎,张玲,李春忠.银纳米线基柔性导电材料的研究进展[j].中国材料进展,2016,35(07):545-551+544)。

目前常用的透明导电薄膜的柔性衬底材料有聚酰亚胺pi、聚萘二甲酸乙二醇酯pen、聚对苯二甲酸乙二醇酯pet等化学纤维,但是这些基底材料普遍存在生物相容性差、环境污染、难降解等缺点。甲壳质是一种天然有机高分子多糖,广泛分布于自然界虾、蟹、昆虫等甲壳纲动物的甲壳、真菌和植物的细胞壁中。蕴藏量在地球上的天然有机高分子物质中占第二位,仅次于纤维素。壳聚糖是甲壳素脱乙酰基后的产物,是一种线性大分子,含有大量游离的-nh2。

目前已有不少银纳米线/壳聚糖薄膜的文献报道(王利莎.基于银纳米材料和壳聚糖复合膜的生物传感器研究[d].浙江大学,2014;赖文伟.机械剥离制备的石墨烯对壳聚糖复合薄膜导电性的影响[d].哈尔滨理工大学,2016;巩亚明,张沓文,李冬,张潮,姜宇乘.壳聚糖/乙酸纤维素/银纳米线复合物的制备及抑菌性能探究[j].产业与科技论坛,2015,14(24):39+42;rscadvances,2016,6,47552;appliedphysicsexpress,2017,10(6):065002;analyticalmethods,2016,8(8):1806-1812),例如王利莎通过一步多元醇法制备了形貌均一的银纳米线,其直径为100nm左右,并构筑了基于银纳米线-壳聚糖-葡萄糖氧化酶复合膜的电流型葡萄糖传感器。

但是银纳米线薄膜在实际应用时面临一个重要的问题,就是金属的活性使得银纳米线薄膜的热稳定性和化学稳定性较差,容易导致薄膜电学性能不稳定,从而降低器件性能(蓝秋明,李嘉宝,何鑫,陈宁,张梅,曾庆光.石墨烯/银纳米线复合透明导电薄膜光电性能及稳定性研究[j].人工晶体学报,2015,44(12):3788-3792+3798)。此外,纯agnws膜很容易从基底的表面撕离,这大大限制了其在实际生产中的应用。因而较大规模制备同时兼具优异的光电性能和良好的粘附性的agnws膜仍有待进一步发展,这也关系到最终agnws是否能在实际应用中发挥效用(段莎莎,张玲,李春忠.银纳米线基柔性导电材料的研究进展[j].中国材料进展,2016,35(07):545-551+544)。

静电作用是自然界中普遍存在的一种作用力,也是构筑多层复合薄膜最常用的驱动力,它利用表面带有相反电荷的不同电解质间相互交替吸附沉积,从而在基片上形成具有特定厚度的多层复合薄膜。具体说,就是将一个表面离子化(如带正电荷)的基片浸到带有相反电荷的聚电解质(如聚阴离子)溶液中,静置一段时间,由于静电作用基片表面会吸附一层聚阴离子。取出基片并用纯水冲洗干净,干燥,再浸入到阳离子聚电解质溶液中,静置一段时间,就又吸附了一层聚阳离子,循环以上过程就可以得到多层自组装薄膜。层层自组装多层膜的制备过程很简捷,使用普通烧杯即可循环进行交替吸附过程,既可以人工操作,也可以用自动化设备(杨耀彬,苏丽娜,王婀娜.层层自组装技术应用研究进展[j].化学世界,2014,55(10):636-640)。



技术实现要素:

本发明针对上述不足,提供一种基于银纳米线导电网络的壳聚糖柔性透明导电薄膜。

本发明通过下述技术方案予以实现:

(1)将银纳米线配制成1-10g/l的水溶液,然后加入1-10g/l的端氨基超支化聚合物或端羟基超支化聚合物水溶液,所述端氨基超支化聚合物或所述端羟基超支化聚合物水溶液与银纳米线水溶液的体积比为1:1-1:10,常温下匀速搅拌反应24h后,用去离子水和乙醇反复洗涤、干燥后得到端氨基超支化聚合物修饰银纳米线或端羟基超支化聚合物修饰银纳米线;(2)称取一定量的壳聚糖加入到0.5mol/l的乙酸溶液中搅拌2h,使之完全溶解,得到质量分数为1-5%的壳聚糖溶液,然后将壳聚糖溶液缓慢倒进培养皿,风干后轻轻剥离,得到壳聚糖薄膜;(3)将端氨基超支化聚合物修饰银纳米线和端羟基超支化聚合物修饰银纳米线分别配制成0.1-10g/l的水溶液,随后在壳聚糖薄膜表面依次旋涂端羟基超支化聚合物修饰银纳米线、端氨基超支化聚合物修饰银纳米线,旋涂速度为3000r/min,旋涂时间为60s,至此已将一层银纳米线旋涂到壳聚糖薄膜的表面,随后重复上述操作,根据需要决定壳聚糖薄膜表面银纳米线旋涂的层数。

银纳米线采用多元醇法合成,具体步骤可参考文献:彭勇宜,徐国钧,代国章,李宏建.银纳米线的多元醇法制备工艺条件研究[j].材料导报,2015,29(22):79-81+86;夏兴达,杨兵初,张祥,周聪华.多元醇热法制备银纳米线及其在透明导电薄膜中的应用[j].功能材料,2016,47(05):5091-5095;李逸群.液相多元醇法可控合成金属银纳米线及其在透明导电膜中的应用[d].兰州大学,2015;马晓,游芳芳,冯晋阳,赵修建.多元醇法制备一维ag纳米线[j].人工晶体学报,2014,43(03):587-591;郭瑞萍,郑敏,章海霞.微波辅助多元醇法快速制备ag纳米线的研究[j].太原理工大学学报,2013,44(01):76-80;中国发明专利cn201610804238.9;中国发明专利cn201710357029.9。

端氨基超支化聚合物的合成可参考下述公开文献:端氨基超支化聚合物及其季铵盐的制备与性能[j].高分子材料科学与工程,2009,25(8):141-144;cn200710020794.8一种超支化活性染料无盐染色助剂;colorationtechnology,2007,123(6):351-357;aatccreview,2010,10(6):56-60;biomacromolecules,2010,11(1):245-251;chemicalresearchinchineseuniversities,2005,21(3):345-354。

端羟基超支化聚合物的合成可参考下述公开文献:杨保平,张鹏飞,崔锦峰等.端羟基超支化聚合物的改性研究及其在涂料中的应用[j].中国涂料,2011,26(3):53-57;王学川,胡艳鑫,郑书杰等.端羟基超支化聚合物对fe3+吸附行为研究[j].化工新型材料,2011,39(9):26-29,47;强涛涛,张国国,王学川等.端羟基超支化聚合物的合成与改性[j].日用化学工业,2012,42(6):413-417。

与现有技术相比,本发明的优点在于:以壳聚糖薄膜为基底,利用带负电的端羟基超支化聚合物修饰银纳米线与带正电的端氨基超支化聚合物修饰银纳米线之间的静电作用作为成膜推动力进行层层自组装,得到具有优异的透光性能、导电性能和粘附性能的壳聚糖柔性透明导电薄膜,在柔性光电器件领域有重要的应用价值。

具体实施方式

下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。

实施例1

(1)将银纳米线配制成1g/l的水溶液,然后加入1g/l的端氨基超支化聚合物或端羟基超支化聚合物水溶液,所述端氨基超支化聚合物或所述端羟基超支化聚合物水溶液与银纳米线水溶液的体积比为1:1,常温下匀速搅拌反应24h后,用去离子水和乙醇反复洗涤、干燥后得到端氨基超支化聚合物修饰银纳米线或端羟基超支化聚合物修饰银纳米线;(2)称取一定量的壳聚糖加入到0.5mol/l的乙酸溶液中搅拌2h,使之完全溶解,得到质量分数为1%的壳聚糖溶液,然后将壳聚糖溶液缓慢倒进培养皿,风干后轻轻剥离,得到壳聚糖薄膜;(3)将端氨基超支化聚合物修饰银纳米线和端羟基超支化聚合物修饰银纳米线分别配制成0.1g/l的水溶液,随后在壳聚糖薄膜表面依次旋涂端羟基超支化聚合物修饰银纳米线、端氨基超支化聚合物修饰银纳米线,旋涂速度为3000r/min,旋涂时间为60s,得到壳聚糖柔性透明导电薄膜。

实施例2

(1)将银纳米线配制成5g/l的水溶液,然后加入5g/l的端氨基超支化聚合物或端羟基超支化聚合物水溶液,所述端氨基超支化聚合物或所述端羟基超支化聚合物水溶液与银纳米线水溶液的体积比为1:5,常温下匀速搅拌反应24h后,用去离子水和乙醇反复洗涤、干燥后得到端氨基超支化聚合物修饰银纳米线或端羟基超支化聚合物修饰银纳米线;(2)称取一定量的壳聚糖加入到0.5mol/l的乙酸溶液中搅拌2h,使之完全溶解,得到质量分数为2%的壳聚糖溶液,然后将壳聚糖溶液缓慢倒进培养皿,风干后轻轻剥离,得到壳聚糖薄膜;(3)将端氨基超支化聚合物修饰银纳米线和端羟基超支化聚合物修饰银纳米线分别配制成5g/l的水溶液,随后在壳聚糖薄膜表面依次旋涂端羟基超支化聚合物修饰银纳米线、端氨基超支化聚合物修饰银纳米线,旋涂速度为3000r/min,旋涂时间为60s,至此已将一层银纳米线旋涂到壳聚糖薄膜的表面,随后重复两次上述操作,得到壳聚糖柔性透明导电薄膜。

实施例3

(1)将银纳米线配制成10g/l的水溶液,然后加入10g/l的端氨基超支化聚合物或端羟基超支化聚合物水溶液,所述端氨基超支化聚合物或所述端羟基超支化聚合物水溶液与银纳米线水溶液的体积比为1:10,常温下匀速搅拌反应24h后,用去离子水和乙醇反复洗涤、干燥后得到端氨基超支化聚合物修饰银纳米线或端羟基超支化聚合物修饰银纳米线;(2)称取一定量的壳聚糖加入到0.5mol/l的乙酸溶液中搅拌2h,使之完全溶解,得到质量分数为5%的壳聚糖溶液,然后将壳聚糖溶液缓慢倒进培养皿,风干后轻轻剥离,得到壳聚糖薄膜;(3)将端氨基超支化聚合物修饰银纳米线和端羟基超支化聚合物修饰银纳米线分别配制成10g/l的水溶液,随后在壳聚糖薄膜表面依次旋涂端羟基超支化聚合物修饰银纳米线、端氨基超支化聚合物修饰银纳米线,旋涂速度为3000r/min,旋涂时间为60s,至此已将一层银纳米线旋涂到壳聚糖薄膜的表面,随后重复三次上述操作,得到壳聚糖柔性透明导电薄膜。

显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

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