一种以银为内芯的纳米电缆透明导电薄膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种以银为内芯的纳米电缆透明导电薄膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]染料敏化太阳能电池通常需要传统的FTO或ITO导电玻璃作为电极材料，FTO或ITO导电玻璃由于在生产时需要昂贵的真空镀膜设备，导致产品的成本较高。为了降低导电玻璃的成本，研宄者们发现将银纳米线均匀地涂布在玻璃基底上，可以获得透光率和导电性可以与FTO或ITO导电玻璃相媲美的金属纳米线基导电薄膜。这是由于纳米线在基底表面相互交联在一起形成导电网络，光线可以从“网”的孔隙中穿过。金属纳米线基导电薄膜由于不需要昂贵的设备，可以采用旋涂、喷涂或印刷等多种成熟的技术大批量地生产，所以其成本有望大幅度地低于FTO或ITO导电玻璃。但是，这种低成本的金属基透明导电玻璃有一些比较严重的缺点，那就是其抗腐蚀性不是很理想，导电性还有待进一步提高。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种以银为内芯的纳米电缆透明导电薄膜及其制备方法。
[0004]基于上述目的，本发明采取如下技术方案:
一种以银为内芯的纳米电缆透明导电薄膜的制备方法，包括如下步骤:
(1)合成银纳米线透明导电薄膜:将直径为20-180纳米、长度为10-60微米的银纳米线分散在无水乙醇中，形成银纳米线分散液，利用旋转涂膜(Lee, J.Y.; Connor, S.T.; Cuij Y.; Peumansj P.Solut1n- processed metal nanowire mesh transparentelectrodes.Nano Lett.2008，8，689 - 692 )或线棒涂布方法(Rathmell A R，WileyB J.The synthesis and coating of long, thin copper nanowires to make flexible,transparent conducting films on plastic substrates.Advanced Materials, 2011，23(41): 4798-4803)在透明基底表面涂布一层银纳米线分散液，干燥后得到以银纳米线为导电网络的透明导电薄膜；
(2)银-镍纳米电缆透明导电薄膜的制备:以含有10-230g/L六水合硫酸镍、2-4g/L氯化钠、0.05-0.2 g/L十二烷基硫酸钠、25-35g/L硼酸的水溶液为电镀液，以金属镍或惰性石墨为阳极，以银纳米线透明导电薄膜为阴极，在电镀液中通过电沉积将金属镍电沉积到银纳米线的表面，从而获得镀层均匀的银-镍纳米电缆透明导电薄膜；
(3)银-镍-铂纳米电缆透明导电薄膜的制备:在含有0.001-0.003mol/L氯铂酸和0.05-0.3mol/L高氯酸锂的乙醇溶液中，以钼金属片为阳极，以银-镲纳米电缆透明导电薄膜为阴极，利用电沉积方法将金属铂电沉积到银-镍纳米电缆的表面，即得银-镍-铂纳米电缆透明导电薄膜。
[0005]所述步骤(I)中银纳米线乙醇分散液的浓度为2-6mg/mL。
[0006]所述步骤(I)中透明基底为硅酸玻璃、石英玻璃、陶瓷或塑料。
[0007]所述电沉积方法为直流恒电位电沉积、直流恒电流电沉积、脉冲电沉积或循环伏安电沉积。
[0008]直流恒电位电沉积时电压为1.2-15 V，温度为10-95°C，电沉积时间为1_300秒。
[0009]所述制备方法制得的以银为内芯的纳米电缆透明导电薄膜。
[0010]所述银芯的直径为10-180纳米，镍层为50-800纳米，铂层为2-100纳米。
[0011]本发明将银纳米线利用旋转涂膜方法或线棒涂布方法在透明玻璃(或柔性透明塑料)表面涂覆一层以银纳米线为导电网络的透明导电薄膜。然后，以金属镍为阳极，在含有镍离子的电镀液中，以银纳米线基透明导电薄膜为阴极，利用电沉积方法在银纳米线透明导电薄膜的纳米线表面沉积一层致密均匀的金属镍外壳，从而形成以银为电缆内芯的银-镍纳米电缆透明薄膜。电沉积时可以通过控制沉积条件来控制电沉积镍外壳的厚度，而避免大幅度降低银纳米线透明薄膜的透光率。这样的电沉积层不仅能大幅度地提高金属纳米线基导电薄膜的耐腐蚀性，而且还能使其仍具有与FTO导电玻璃相媲美的透光率和导电性。以相似的方法，在含有铂离子的电镀液中，以银-镍纳米电缆透明导电薄膜为阴极，利用电沉积方法在银-镍纳米电缆的表面沉积一层铂外壳，电沉积时可以通过控制沉积条件来控制铂沉积层的厚度，从而形成具有铂修饰层的银-镍-铂纳米电缆透明薄膜。本发明的银-镍、银-镍-铂纳米电缆透明导电薄膜耐腐蚀、导电性好、透光率高，能够替代取代传统的ITO或FTO导电玻璃。该新型透明纳米电缆薄膜电极材料除了可以应用到染料敏化太阳能电池外，也有望应用到液晶显示器、发光二极管、光电探测器等光电子器件中。
【附图说明】
[0012]图1为银-镍-铂纳米电缆透明导电薄膜的模拟结构示意图；
图2为银-镍-铂纳米电缆透明导电薄膜的透射电镜(左)及元素分布图(右)；
图3为银-镍-铂纳米电缆透明导电薄膜的扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0013]以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此。
[0014]实施例1银-镍纳米电缆透明薄膜的制备
第一步，合成银纳米线透明导电薄膜:将直径为65纳米左右、长度为10-35微米的银纳米线分散在无水乙醇中，形成含银量2 mg/ml的银纳米线分散液。利用旋转涂膜(Lee，J.Y.; Connor, S.T.; Cuij Y.; Peumansj P.Solut1n- processed metal nanowire meshtransparent electrodes.Nano Lett.2008, 8，689 - 692 )或线棒涂布方法(RathmellA Rj Wiley B J.The synthesis and coating of long, thin copper nanowires tomake flexible, transparent conducting films on plastic substrates.AdvancedMaterials, 2011, 23(41): 4798-4803)在透明石英玻璃(2 毫米厚，5 X 5cm2)表面涂布一层银纳米线分散液，在120°C的烘箱中干燥30分钟，最终形成一层以银纳米线为导电网络的透明导电薄膜。
[0015]第二步，在银纳米线上电沉积镍层:以金属镍为阳极，以银纳米线透明导电薄膜为阴极，以含有140 g/L六水硫酸镍、3 g/L氯化钠、0.1 g/L十二烷基硫酸钠、30 g/L硼酸的水溶液为电镀液，将镍电沉积到银纳米线的表面(恒电位电沉积，电沉积时直流电源的电压为4伏)，从而获得镀层均匀的银-镍纳米电缆薄膜，电缆外壳的厚度可通过多电沉积时间的长短来控制，电沉积时间为5秒钟时镍镀层的厚度约为60纳米，方块电阻小于20欧姆、薄膜的透光率大于72%。
[0016]实施例2银-镍-铂纳米电缆透明薄膜的制备
第一步，合成银-镍纳米电缆透明薄膜(具体步骤见实施例1)。
[0017]第二步，银-镍纳米电缆上电沉积铂层:以铂金属片为阳极，以银-镍纳米电缆透明导电薄膜为阴极，在含有0.002 mol/L氯铂酸和0.1 mol/L高氯酸锂的无水乙醇溶液中，利用直流电源在电压为4伏的条件下进行恒电位电沉积，将金属铂电沉积到银-镍纳米电缆的表面(电沉积时间为10秒钟时得到的铂镀层的平均厚度约为2纳米)，从而获得银-镍-铂纳米电缆薄膜，图2为银-镍-铂纳米电缆透明导电薄膜的透射电镜(左)及元素分布图(右)；图3为银-镍-铂纳米电缆透明导电薄膜的扫描电镜图，由图2和图3可知，纳米电缆的内芯是直径为65纳米的银纳米线，镍-铂壳层的厚度约为62纳米，整个电缆的直径为189纳米左右，电缆的长度为10-35微米。
[0018]通过上述方法，可获得方块电阻小于20欧姆、透光率大于72%、具有金属镍的耐腐蚀性且具有铂的催化性能的银-镍-铂纳米电缆透明薄膜材料。
【主权项】
1.一种以银为内芯的纳米电缆透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)合成银纳米线透明导电薄膜:将直径为20-180纳米、长度为10-60微米的银纳米线分散在无水乙醇中，形成银纳米线分散液，利用旋转涂膜或线棒涂布方法在透明基底表面涂布一层银纳米线分散液，干燥后得到银纳米线透明导电薄膜； (2)银-镍纳米电缆透明导电薄膜的制备:以金属镍或惰性石墨为阳极，以银纳米线透明导电薄膜为阴极，以含有10-230 g/L六水合硫酸镍、2-4g/L氯化钠、0.05-0.2 g/L十二烷基硫酸钠、25-35g/L硼酸的水溶液为电镀液，通过电沉积方法将金属镍电沉积到银纳米线的表面，即得银-镍纳米电缆透明导电薄膜。
2.根据权利要求1所述的以银为内芯的纳米电缆透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，增设步骤(3)银-镍-铂纳米电缆透明导电薄膜的制备:铜纳米线透明导电薄膜以铂金属片为阳极，以银-镍纳米电缆透明导电薄膜为阴极，在含有0.001-0.003 mo I/L氯铂酸和0.05-0.3 mo I/L高氯酸锂的无水乙醇溶液中利用电沉积方法将金属铂电沉积到银-镍纳米电缆的表面，即得银-镍-铂纳米电缆透明导电薄膜。
3.根据权利要求1所述的以银为内芯的纳米电缆透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中银纳米线乙醇分散液的银纳米线浓度为2-6mg/mL。
4.根据权利要求1所述的以银为内芯的纳米电缆透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中透明基底为硅酸玻璃、石英玻璃、陶瓷或塑料。
5.根据权利要求1所述的以银为内芯的纳米电缆透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述电沉积方法为直流恒电位电沉积、直流恒电流电沉积、脉冲电沉积或循环伏安电沉积。
6.根据权利要求5所述的以银为内芯的纳米电缆透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，直流恒电位电沉积时电压为1.2-15V，温度为10-95°C，电沉积时间为1-300秒。
7.根据权利要求1至6任一所述的制备方法制得的以银为内芯的纳米电缆透明导电薄膜。
【专利摘要】一种以银为内芯的纳米电缆透明导电薄膜及其制备方法，属于新材料技术领域。本发明将银纳米线利用旋转涂膜方法或线棒涂布方法在透明基底表面制备一层以银纳米线为导电网络的透明导电薄膜。然后，以金属镍为阳极，以银纳米线基透明导电薄膜为阴极，在含有镍离子的电镀液中，利用电沉积方法在银纳米线透明导电薄膜的纳米线表面沉积一层致密均匀的金属镍外壳，得到以银为电缆内芯的银-镍纳米电缆透明导电薄膜。以相似的方法，在含有铂离子的电镀液中，以银-镍纳米电缆透明导电薄膜为阴极，利用电沉积方法在银-镍纳米电缆的表面沉积一层铂外壳，从而形成具有铂修饰层的银-镍-铂纳米电缆透明薄膜。
【IPC分类】C25D15-00, H01B5-14, H01B13-00, C25D3-12
【公开号】CN104616727
【申请号】CN201510036873
【发明人】姜奇伟, 岳根田, 谭付瑞, 李夕金, 张传意, 张杨
【申请人】河南大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月26日