一种低表面粗糙度的柔性导电织物基底的制备方法与流程

本发明涉及电子器件领域和可穿戴技术领域中柔性导电基底的制备，尤其涉及一种低表面粗糙度的柔性导电织物基底的制备方法。

背景技术：

在科技日新月异的今天，各种电子设备伴随着我们的日常生活，例如智能手机、ai眼镜和智能手表等等。面对电子产品的技术浪潮，研究者们普遍认为，将一些电子器件微型化、柔性化并与织物结合，制备成可穿戴智能织物能更好地扩展电子产品的用途，丰富人们的生活。而将电子器件直接与织物结合在一起，例如户外服装、帽子、背包、帐篷等，形成可延展性的超柔性可穿戴智能纺织品，能减轻户外活动时所携带的重量，提高可穿戴设备的使用舒适性。

然而，一些智能电子器件如新型太阳电池和有机发光二极管(oled)等，由于其内部结构中膜层非常薄，仅有几百甚至数十纳米厚，直接在织物上构筑导电层面临着表面粗糙度过大而不利用膜层生长的问题，限制了可穿戴智能纺织品的发展。有鉴于此，本发明创新使用脱模工艺，选用载玻片作为模板基底，在玻片上旋涂生成一层纳米银线薄膜作为导电介质；再选择高聚物聚乙烯醇作为脱模高聚物材料，涂覆在玻片-纳米银线纤维基底上，在高聚物固化前，将所选的平纹织物覆盖在聚合物上；加热一段时间后一同剥离下来，制成自下而上分别为布料、聚乙烯醇、纳米银线纤维的柔性织物导电基底。通过这种方法制备的导电织物基底，其透光性良好，导电性能优异，更重要的是表面平整、粗糙度低，可应用于对基底表面粗糙度有较高要求的可穿戴智能器件的规模化制备。

技术实现要素：

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种低表面粗糙度的柔性导电织物基底的制备方法。利用脱模法工艺，以波片作为脱模基底，在其上旋涂一层纳米银线溶液，然后再在其上刮涂一层聚乙烯醇并盖上织物，干燥后制成表面平整、导电性能良好的柔性导电织物基底。

本发明采用的技术方案如下：

本发明包括以下步骤：

1)清洗织物和载玻片：将织物分别用肥皂水和酒精超声震洗15分钟，取出干燥后得到清洗后的织物，将载玻片分别用肥皂水、丙酮和去离子水超声震洗15分钟后得到清洗干净的载玻片；

2)纳米银线溶液处理：将纳米银线溶液密封后摇晃均匀，然后放置在超声波清洗仪中超声处理，待纳米银线均匀分散在溶剂中不产生沉淀后即得处理后的纳米银线溶液；

3)旋涂纳米银线溶液：取步骤1)中清洗干净的载玻片紫外臭氧处理15分钟，然后将载玻片固定在旋涂仪吸盘上，之后在载玻片表面滴加并旋涂步骤2)处理后的纳米银线溶液，最后放置在加热板上加热干燥后制备得到样品ⅰ；

4)配制聚乙烯醇(pva124)溶液：将聚乙烯醇粉末加入到去离子水中后，放置于磁力水浴锅中加热搅拌溶解得到聚乙烯醇(pva124)溶液。

5)刮涂聚乙烯醇溶液：用刀片将步骤4)中的聚乙烯醇溶液刮涂在步骤3)的样品ⅰ上后得到未干燥的样品ⅱ；

6)覆盖织物：将步骤1)中清洗后的织物平铺覆盖在步骤5)中未干燥的样品ⅱ上，放置在加热板上干燥后得到样品ⅲ；

7)揭下样品：待步骤6)中的样品ⅲ冷却后将其从载玻片上揭下，制备得到柔性导电织物基底。

所述步骤2)中，超声处理为采用超声波清洗仪超声震散15分钟。

所述步骤3)中，旋涂的转速为1000～2000转/分钟，旋涂时间为20～40秒，加热板上的加热温度为110～130摄氏度，加热时间为5～15分钟。

所述步骤4)中，聚乙烯醇溶液的质量百分比浓度为5wt％～15wt％，水浴搅拌的温度为90～100摄氏度，水浴搅拌时间为2～4小时。

所述步骤6)中，加热板的干燥温度为50～70摄氏度，干燥时间为3～10分钟。

本发明具有的有益效果是：

1)本发明成功制备出的导电织物基底原料易得，成本可控，工艺简单可重复，可操作性强。

2)本发明成功制备出的导电织物基底表面粗糙度得以显著降低。

3)本发明制备出的柔性导电织物具有良好的导电性和表面平整度，透光性能优异，可作为织物基太阳电池等各种柔性能源器件的载体，在电子器件领域和可穿戴技术领域获得广泛应用。

附图说明

图1是实施例1制备的导电织物基底的流程示意图。

图2是实施例1制备的织物-聚乙烯醇薄膜表面形貌图(a直接刮涂法，b脱模法)。

图3是实施例1制备的织物-聚乙烯醇-纳米银线表面形貌图(a和c为直接刮涂法，b和d为脱模法)。

图4是实施例1制备的样品中聚乙烯醇和纳米银线结合方式示意图(a直接刮涂法，b脱模法)。

图5是实施例1制备的导电织物基底实物图。

图6是实施例1中用两种方法制备的导电织物基底上旋涂钙钛矿膜层后的表面形貌图(a直接刮涂法，b脱模法)。

图7是实施例1制备的导电织物基底、织物-聚乙烯醇和织物的透光率曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明的实施例如下：

实施例1：

如图1所示，将织物用肥皂水和酒精分别超声震洗15分钟，取出干燥；同时，将玻片用肥皂水、丙酮和去离子水分别超声震洗15分钟；将购置的纳米银线溶液密封后用手左右摇晃数次，再将其放置在超声波清洗仪中超声震散纳米银线溶液中纳米银线15分钟，使其均匀分散在溶剂中不产生沉淀；将聚乙烯醇粉末加入到去离子水中，放置于磁力水浴锅中95℃加热磁力搅拌3小时溶解，制备得到质量百分比浓度为10wt％的聚乙烯醇溶液。

脱模法制备导电织物基底：在清洗干净的玻片上旋涂纳米银线溶液，旋涂速度为1200转/分钟转30秒，然后在120摄氏度下加热15分钟；待其冷却后，滴加配制的聚乙烯醇溶液，用手术刀匀速刮涂，立即将基底布平铺在其上，放置在加热板上，60摄氏度加热5分钟后揭下，制得导电织物基底。

作为对照，还做了直接刮涂法制备导电织物基底，并同时测了相关的数据。

如图2所示为实施例1制备的织物-聚乙烯醇薄膜表面形貌图，图2(a)采用直接刮涂法，图2(b)采用本发明的脱模法，可以发现，本发明制备的织物-聚乙烯醇薄膜表面平整，没有直接刮涂法制备薄膜的表面起伏不平的现象。

如图3所示为实施例1制备的织物-聚乙烯醇-纳米银线表面形貌图，图3(a)和图3(c)采用直接刮涂法，图3(b)和图3(d)采用本发明的脱模法，本发明方法制备的基底纳米银线分布均匀，不会出现涂覆不匀的现象。

如图4所示为实施例1制备的样品聚乙烯醇和纳米银线结合方式示意图，图4(a)采用直接刮涂法，图4(b)采用本发明的脱模法，可以发现本发明方法相比较直接刮涂法，聚乙烯醇薄膜与纳米银线结合的方式是纳米银线嵌入聚乙烯醇薄膜的，这种结合方式有利于制备的导电织物基底表面的平整性能。

如图5所示为实施例1采用本发明的脱模法制备的导电织物基底实物图，基底的导电性能良好，方阻值在35～60ω之间。

如图6所示为实施例1制备的在两种方法制备的导电织物基底上旋涂钙钛矿的表面形貌图，图6(a)采用直接刮涂法，图6(b)采用本发明的脱模法，在本发明方法制备的导电织物基底上旋涂的钙钛矿薄膜形貌良好，分布均匀；而直接刮涂法制备的导电织物基底上旋涂的钙钛矿无法完全覆盖基底，导致厚度不均，裸露出了纳米银线。

如图7所示为采用本发明的脱模法制备的导电织物基底、织物-聚乙烯醇和织物的透光率曲线图，通过本发明方法制备的导电织物基底的透光率在可见光范围内大部分波长条件下透光率超过50％，说明所制备的导电织物基底具有良好的透光性能。

实施例2：

将织物用肥皂水和酒精分别超声震洗15分钟，取出干燥；同时，将玻片用肥皂水、丙酮和去离子水分别超声震洗15分钟；将购置的纳米银线溶液密封用手左右摇晃数次，再将其放置在超声波清洗仪中超声震散纳米银线溶液中纳米银线15分钟，使其均匀分散在溶剂中不产生沉淀；将聚乙烯醇粉末加入到去离子水中，放置于磁力水浴锅中90℃加热磁力搅拌2小时溶解，制备得到质量百分比浓度为5wt％的聚乙烯醇溶液。

制备导电织物基底：在清洗干净的玻片上旋涂纳米银线溶液，旋涂速度为1000转/分钟转20秒，然后在110摄氏度下加热5分钟；待其冷却后，滴加配制的聚乙烯醇溶液，用手术刀匀速刮涂，立即将基底布平铺在其上，放置在加热板上，50摄氏度加热3分钟后揭下，制得导电织物基底。

该实施例所制备的样品的流程图、织物-聚乙烯醇表面形貌图、纳米银线分布电镜照片、实物图、方阻值、钙钛矿旋涂表面形貌图和透光率曲线图等同实施例1相近。

实施例3：

将织物用肥皂水和酒精分别超声震洗15分钟，取出干燥；同时，将玻片用肥皂水、丙酮和去离子水分别超声震洗15分钟；将购置的纳米银线溶液密封用手左右摇晃数次，再将其放置在超声波清洗仪中超声震散纳米银线溶液中纳米银线15分钟，使其均匀分散在溶剂中不产生沉淀；将聚乙烯醇粉末加入到去离子水中，放置于磁力水浴锅中100℃加热磁力搅拌4小时溶解，制备得到质量百分比浓度为15wt％的聚乙烯醇溶液。

制备导电织物基底：在清洗干净的玻片上旋涂纳米银线溶液，旋涂速度为2000转/分钟转40秒，然后在130摄氏度下加热15分钟；待其冷却后，滴加配制的聚乙烯醇溶液，用手术刀匀速刮涂，立即将基底布平铺在其上，放置在加热板上，70摄氏度加热10分钟后揭下，制得导电织物基底。

该实施例所制备的样品的流程图、织物-聚乙烯醇表面形貌图、纳米银线分布电镜照片、实物图、方阻值、钙钛矿旋涂表面形貌图和透光率曲线图等同实施例1相近。