一种导电均匀银纳米线高附着力的柔性透明导电薄膜的制备方法与流程

本发明涉及导电材料技术领域，具体涉及一种导电均匀银纳米线高附着力的柔性透明导电薄膜的制备方法。

背景技术

21世纪电子器件将朝着轻便、易携带等方向发展，因此柔性透明导电薄膜必将成为研究的热点，并逐步占领市场主导地位。柔性透明导电薄膜可应用于柔性触摸屏、柔性太阳能电池、柔性显示器等领域。基于柔性透明导电薄膜的广大应用前景，对于柔性透明导电薄膜的研究也将进入新的更深领域。

在对柔性透明导电薄膜研究之初，大量的研究者对各种导电材料和各种制备方法作了大量的探索，取得了优秀的成果。对于导电材料而言，大量研究表明金属纳米线是最为合适的导电材料，而在通常的金银铜金属纳米线中，银相对于金而言更加便宜，相对于铜而言不易氧化，因此银纳米线是制备柔性透明导电薄膜最适合的导电材料。对于柔性透明导电薄膜的制备方法，主要有旋涂、喷涂、真空抽滤、棒涂覆等方法，这几种方法各有优缺点：旋涂快捷但不适合大规模生产，喷涂薄膜性质不稳定，真空抽滤方法复杂，棒涂覆适合大规模生产但薄膜导电均匀性差。对比这几种方法，我们发现棒涂覆最有可能应用于大规模生产使用。棒涂覆存在的问题是通过meyer棒将导电溶液涂覆在薄膜表面干燥时，由于溶液的挥发收缩，银纳米线在薄膜表面会呈现类似如“咖啡斑”状的分布，这就导致了薄膜的导电均匀性差，这一问题将严重制约柔性透明导电薄膜的应用。

基于上述研究成果及存在的问题，本发明提出一种导电均匀银纳米线高附着力的柔性透明导电薄膜的制备方法，采用一种新的涂覆-转移法，制备出导电均匀和银纳米线高附着力柔性透明导电薄膜。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服传统工艺制备的柔性透明导电薄膜导电性不均匀和导电材料与基底粘附力差的缺陷，提出一种导电均匀银纳米线高附着力的柔性透明导电薄膜的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种导电均匀银纳米线高附着力的柔性透明导电薄膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)在玻璃衬底上制备分散均匀的银纳米线膜：将银纳米线和羧甲基纤维素钠(cmc)加入到水中，超声分散均匀得分散液，之后离心得到上层液；将所得上层液涂覆在玻璃衬底上，再进行干燥，然后将所得样品浸没在酸溶液中，取出后先干燥，然后在无氧环境下灼烧，在玻璃衬底上制备了分散均匀的银纳米线膜；

(2)有机透明柔性衬底的预处理：将有机透明柔性衬底洗净干燥后涂覆水溶性高分子溶液，然后干燥；

(3)银纳米线膜的转移：将步骤(1)中玻璃衬底上有银纳米线膜的一侧和步骤(2)中有机透明柔性衬底有水溶性高分子的一侧紧密贴合，两个贴合的样品进行压力处理，即可将玻璃衬底上的银纳米线膜转移到有机透明柔性衬底上，得到柔性透明导电薄膜。

优选的，步骤(1)所述银纳米线在分散液中的浓度为0.5～1.5mg/ml。

优选的，步骤(1)所述羧甲基纤维素钠在分散液中的浓度为10～30mg/ml。

优选的，步骤(1)所述的玻璃衬底为普通玻璃、石英玻璃、钢化玻璃、钾玻璃和硼酸盐玻璃中的任意一种。

优选的，步骤(1)所述涂覆的次数为10次-20次，每次进行交叉涂布，每次涂布完成后在40～80℃下干燥0.5～2.5h再进行下一次涂布，最后一次涂完后样品放在40～80℃的真空烘箱干燥1～24h。

优选的，步骤(1)所述的酸溶液为盐酸、硫酸和硝酸中的任意一种。

优选的，步骤(1)所述酸溶液的浓度为2～8mol/l。

优选的，步骤(1)所述涂覆的工具为普通金属棒、普通玻璃棒和meyer棒中的任意一种。

优选的，步骤(1)所述的无氧环境为氮气、氩气和氦气中的任意一种。

优选的，步骤(1)中将所得样品浸没在酸溶液中1～24h，取出后先在40～80℃下真空干燥0.5～2.5h，最后将样品在无氧下100～500℃灼烧1～5h。

优选的，步骤(2)所述的有机透明柔性衬底为聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯和聚碳酸酯中的任意一种。

优选的，步骤(2)所述的水溶性高分子为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚马来酸酐、聚季胺盐和聚乙二醇中的任意一种。

优选的，步骤(2)所述干燥是在40～80℃下干燥1～5h。

优选的，步骤(1)所述的水溶性高分子溶液的浓度为10～50mg/ml。

优选的，步骤(3)所述的压力处理的压力为0.5～2.5mpa，时间为1～24h。

相对于现有技术，本发明具有如下的优点及有益效果：

本发明可制备出导电均匀和银纳米线高附着力的柔性透明导电薄膜，改善了传统工艺制备的柔性透明导电薄膜导电不均匀和银纳米线附着力差的缺点。

附图说明

图1为实施例2的银纳米线柔性透明导电薄膜的扫描电镜图片。

图2为实施例2的银纳米线柔性透明导电薄膜表面电阻的面分布图。

图3为3个实施例制备的银纳米线柔性透明导电薄膜3m胶带处理前后表面电阻的变化关系图。

具体实施方式

以下结合实例与附图对本发明的具体实施作进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

(1)5mg的纳米银线和100mg的羧甲基纤维素钠(cmc)加入到10ml的去离子水中，超声分散均匀，使得银纳米线的浓度为0.5mg/ml，羧甲基纤维素钠的浓度为10mg/ml，之后在2500rpm下离心30min得到上层液备用。将上述上层液用meyer涂敷在干净的普通玻璃上10次，每次进行交叉涂布，每次涂布完成后在40℃下干燥0.5h再进行下一次涂布，最后一次涂完后样品放在40℃的真空烘箱干燥1h。将上述样品浸没在2m的盐酸溶液中1h，样品取出后先在40℃下真空干燥1h。最后将样品在100℃氮气下灼烧1h，得到分散均匀的银纳米线膜。

(2)pet洗净干燥后用meyer棒涂敷一层10mg/ml的水溶性pva溶液，40℃下干燥1h。

(3)将步骤(1)中制备的样品有银纳米线的一侧和步骤(2)中pet膜有pva的一侧紧密贴合，两个贴合的样品上加0.5mpa的压力处理1h，即可将玻璃上的银纳米线膜转移到pet上，得到柔性透明导电薄膜。

银纳米的粘附力测试，用3m的胶带粘贴薄膜的导电层，测量处理前后的薄膜表面电阻，银纳米线粘附效果为r1/r0。

透明导电薄膜的光学和电学性能可以量化来综合评估其性能。光学和电学性能之间的综合评价标准被定义为

对于柔性透明导电薄膜导电均匀性的研究，制备出5×5cm的柔性透明导电薄膜，将5×5cm的柔性透明导电薄膜用划线的方式分成100个大小一样的小正方形并建立坐标系，薄膜左下角作为零点，最后依次测量每个小正方形顶点附近的表面电阻。从而得到薄膜电阻最大变化值。本实施例所制备的导电薄膜的性能见表1。

表1

实施例2

(1)10mg的纳米银线和200mg的羧甲基纤维素钠(cmc)加入到10ml的去离子水中，超声分散均匀，使得银纳米线的浓度为1mg/ml，羧甲基纤维素钠的浓度为20mg/ml，之后在2500rpm下离心30min得到上层液备用。将上述上层液用meyer涂敷在干净的普通玻璃上15次，每次进行交叉涂布，每次涂布完成后在60℃下干燥1.5h再进行下一次涂布，最后一次涂完后样品放在60℃的真空烘箱干燥12h。将上述样品浸没在5m的盐酸溶液中12h，样品取出后先在60℃下真空干燥1.5h。最后将样品在300℃氮气下灼烧3h，得到分散均匀的银纳米线膜。

(2)pet洗净干燥后用meyer棒涂敷一层30mg/ml的水溶性pva溶液，60℃下干燥3h。

(3)将步骤(1)中制备的样品有银纳米线的一侧和步骤(2)中pet膜有pva的一侧紧密贴合，两个贴合的样品上加1.5mpa的压力处理12h，即可将玻璃上的银纳米线膜转移到pet上，得到柔性透明导电薄膜。本实施例所制备的导电薄膜的性能见表2。

表2

由图1可以看出，本实施例所制备的导电薄膜银纳米线较好地粘附到了薄膜表面。

由图2可知，本实施例所制备的薄膜表面电阻的变化范围为17.5～22.9ω/sq,薄膜表面电阻最大变化值仅为5.4ω/sq,说明薄膜表面电阻总体分布较好。

实施例3

(1)15mg的纳米银线和300mg的羧甲基纤维素钠(cmc)加入到10ml的去离子水中，超声分散均匀，使得银纳米线的浓度为1.5mg/ml，羧甲基纤维素钠的浓度为30mg/ml，之后在2500rpm下离心30min得到上层液备用。将上述上层液用meyer涂敷在干净的普通玻璃上20次，每次进行交叉涂布，每次涂布完成后在80℃下干燥2.5h再进行下一次涂布，最后一次涂完后样品放在80℃的真空烘箱干燥24h。将上述样品浸没在8m的盐酸溶液中24h，样品取出后先在80℃下真空干燥2.5h。最后将样品在500℃氮气下灼烧5h，得到分散均匀的银纳米线膜。

(2)pet洗净干燥后用meyer棒涂敷一层50mg/ml的水溶性pva溶液，80℃下干燥5h。

(3)将步骤(1)中制备的样品有银纳米线的一侧和步骤(2)中pet膜有pva的一侧紧密贴合，两个贴合的样品上加2.5mpa的压力处理24h，即可将玻璃上的银纳米线膜转移到pet上，得到柔性透明导电薄膜。本实施例所制备的导电薄膜的性能见表3。

表3

由图3可以看出三个实施例所制备的导电薄膜在用3m胶带处理前后薄膜的表面电阻。