纳米纤维素/银纳米线复合的柔性透明导电纸的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种柔性透明导电薄膜材料技术领域，具体涉及到基于天然植物质的纳米纤维素柔性透明导电纳米纸的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着电子器件趋向可穿戴、小型化和轻便型发展，柔性电子正面向高效率、小尺寸、低成本方向发展，柔性衬底由于优越的机械性能、轻质、低成本广泛应用于电子器件上，柔性透明导电薄膜被广泛应用于薄膜传感器、0LED、触摸屏、太阳能电池等新一代柔性电子器件上。目前，常用在柔性电子器件上的透明导电ITO和FTO薄膜已经商品化，然而这些薄膜通常以塑料和玻璃为衬底，存在着很多不足，如弯折稳定性、热稳定性和尺度稳定性较差，且成本较高，尤其是塑料衬底来源于不可再生石油基材料，因此，开发一种低成本、稳定性高、环境友好型的柔性透明导电纸将对未来光电器件有重要的应用价值。
[0003]与硬质衬底材料(如玻璃，塑料)相比，纤维素以资源丰富、成本低、对环境友好、轻量化、可折叠等优异性能，有望成为硬质衬底的替代物。当纤维直径由微米级变成纳米级时，制成的纸由不透明变为透明。银纳米线纸由于纳米尺寸效应，在光学、电学和机械性方面有着优异特性。用银纳米线制备透明导电纸引起了人们广泛关注。采用银纳米线与纳米级纤维素结合成透明导电纸，具有高透明性、低方块电阻、柔性好的优点，为实现轻柔性、可弯折触摸屏等提供了可能性。另外，银纳米线在硬质衬底上面与衬底由于只是弱的分子间相互作用力，银纳米线容易粘起从而导电网络被破坏，会影响导电纸的导电性，限制了在光电器件上的应用。基于纤维素成膜特点，可制成附着力高的柔性透明导电纸。利用纤维素与银纳米线结合制成柔性透明导电纸，既可以发挥纤维素柔性好，透光率高，绿色环保的优势，又结合银纳米线优异的导电性的特点，拓展了其在柔性电子器件领域内功能材料的应用。
[0004]因此，开发一种具有高透光性、低电阻、高附着性，低成本的纤维素基柔性导电纸已成为下一代柔性电子器件发展的关键核心问题。
【发明内容】
[0005]鉴于目前制备透明导电膜中柔性差和金属纳米线衬底附着力差等难题，本发明提供了一种基于纳米级纤维素与银纳米线复合制成的柔性透明导电纸及其制备方法。
[0006]为达到上述要求，本
【发明内容】
如下:
本发明通过银纳米线半包覆在纳米纤维素表面，构筑纳米纤维素和银纳米线异质网络结构，压滤成纸制备柔性透明导电纸，其中异质网络结构利于电子的传输，提高导电性，并且具有良好的机械性能，550nm波长下透光性可达到85%以上。
[0007]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案，具体步骤为:
I)将植物纤维研磨筛选，除去木质素和半纤维素等杂质后，200MPa压力下均质成纳米级纤维素，经洗涤后得到质量百分比为0.5-3.0%的纳米纤维素水分散液； 2)将质量百分比为0.5-3.0%的纳米纤维素水分散液均匀混合，经过细胞粉碎处理后，把直径为50-80nm，长度为5_15 μ m的银纳米线分散液加入到纳米纤维素分散液中，加入黏结剂搅拌均匀。
[0008]3)将混合分散液用去离子水稀释，得到质量百分比为0.01-0.05%的水分散液，置于抽滤腔中，压滤挤出成纸，银纳米线半埋在纳米纤维素网络中，形成致密网络结构的湿膜。
[0009]4)将得到的湿膜在温度100~200°C真空干燥10~20分钟，得到纳米纤维素和银纳米线复合的柔性透明导电纸，厚度为100-120 μ m。
[0010]步骤I中选用的植物纤维为竹纤维、木纤维、麻纤维、棉纤维、海藻纤维、浒苔纤维、蒜皮纤维中的一种或几种混合；得到的纳米纤维素直径为20~40nm，长度为1~5 μπι，扫描电镜照片如图1所示。
[0011]步骤2中的黏结剂为羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素的一种或几种混合。纳米纤维素和银纳米线均匀混合后，银纳米线直径为50-80nm，长度为5-15 μπι。柔性透明导电纸的透射电镜照片如图2所示。
[0012]步骤3中得到的导电纸方块电阻的范围为1.9~28 ohm/sq，550nm波长透光率大于85%，且弯折300次后其透光率和方阻保持不变。
[0013]本发明通过压滤挤出法制备得到柔性透明导电纸，相对于传统导电薄膜，具有如下明显特点和优势:
I)本发明得到的导电纸具有高透光率、低电阻、高柔性、高附着力和环境友好等优点。
[0014]2)本发明得到的导电纸相对于玻璃和聚合物衬底，具有生物可降解性，良好的热稳定性和弯折稳定性。
[0015]3)本发明得到的导电纸不需要高温加热和光学胶层，膜厚可控、工艺简单、易于实施。
【附图说明】
[0016]图1纳米纤维素的扫描电子显微镜照片；
图2纳米纤维素和银纳米线复合的透射电子显微镜照片；
图3纳米纤维素和银纳米线复合的导电纸的透光率。
【具体实施方式】
[0017]下面结合实施例对本发明进行详细说明:
实施例一:具体步骤如下:
取0.5g质量百分比为2.93%的纳米纤维素水分散液，用去离子稀释至质量百分比为
0.01%，超声15min ;取0.586g质量百分比为0.3%的银纳米线分散液，用去离子水稀释至质量百分比为0.014%，滴入2mL羧甲基纤维素，把稀释后的银纳米线分散液缓慢滴入纳米纤维素水分散液中，均匀分散后形成纳米纤维素与银纳米线的质量比为1:1的混合液，加入到压滤挤出机中，在IMPa的压力作用下，挤出脱水，压滤完成后将湿膜夹在两个玻璃板中间，125°C真空干燥10分钟，得到柔性透明导电纸。所得导电纸厚度为120 μπι，方块电阻为
1.9ohm/sq，550nm波长处的透光性为86.41% (图3)。
[0018]实施例二:具体步骤如下:
取0.5g质量百分比为2.93%的纳米纤维素水分散液，用去离子稀释至质量百分比为0.01%，超声15min ;取0.310g质量百分比为0.3%的银纳米线分散液，用去离子水稀释至质量百分比为0.014%，滴入2mL羟乙基纤维素，把稀释后的银纳米线分散液缓慢滴入纳米纤维素水分散液中，均匀分散后形成纳米纤维素与银纳米线的质量比为1:0.4的混合液，加入到压滤挤出机中，在IMPa的压力作用下，挤出脱水，压滤完成后将湿膜夹在两个玻璃板中间，125°C真空干燥10分钟，得到柔性透明导电纸。所得导电纸厚度为100 μπι，方块电阻为28ohm/sq，550nm波长处的透光性为93.63% (图3)。
[0019]尽管本发明的方案已公开如上，但对于所属本领域的技术人员来说，可以容易的对这些实施实例做出各种修改。因此，本发明不限于这里的实施实例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种纳米纤维素/银纳米线复合的柔性透明导电纸的制备方法，其特征在于包含如下步骤: A.将质量百分比为0.5-3.0%的纳米纤维素水分散液均匀混合，经过细胞粉碎处理后，把直径为50-80nm，长度为5_15 μ m的银纳米线分散液加入到纳米纤维素分散液中，加入质量百分比为0.1-0.3%黏结剂3-5g搅拌均匀，均匀分散后形成纳米纤维素与银纳米线的质量比为1:1~1:0.1的混合液； B.将混合分散液用去离子水稀释，得到质量百分比为0.01-0.05%的水分散液，置于抽滤腔中，压滤挤出成纸，银纳米线半埋在纳米纤维素网络中，形成致密网络结构的湿膜； C.将得到的湿膜在温度100~200°C下真空干燥10~20分钟，得到纳米纤维素和银纳米线复合的柔性透明导电纸，厚度为100-120 μ m。
2.如权利要求1所述的纳米纤维素/银纳米线复合的柔性透明导电纸的制备方法，其特征在于所述的黏结剂为羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素的一种或几种混合。
3.如权利要求1所述的纳米纤维素/银纳米线复合的柔性透明导电纸的制备方法，其特征在于所述的纤维素为竹纤维、木纤维、麻纤维、棉纤维、海藻纤维、浒苔纤维、蒜皮纤维中的一种或几种混合；得到的纳米纤维素直径为20~40nm，长度为1~5 μπι。
4.如权利要求1所述的纳米纤维素/银纳米线复合的柔性透明导电纸的制备方法，其特征在于所述的导电纸方块电阻的范围为1.9~28 ohm/sq，550nm波长透光率大于85%，且弯折300次后其透光率和方阻保持不变。
【专利摘要】本发明提供了一种纳米纤维素和银纳米线复合的柔性透明导电纸的制备方法，所述的导电纸是由纳米纤维素与银纳米线复合抄造而成，从植物纤维中分离制备纳米纤维素水分散液，并与银纳米线水分散液均匀混合，采用压滤挤出法制备得到致密的透明柔性导电纸，银纳米线半埋在纳米纤维素网络结构中构成连续的导电网络，纳米纤维素起到导电网络的骨架作用，有效提高了导电纸的机械稳定性。本发明制备的柔性透明导电纸具有低方块电阻，高透光性、附着牢固而且高柔韧性的优点，在锂离子电池，太阳能薄膜电池，有机发光二极管，柔性超级电容器等光电器件领域具有良好的应用前景。
【IPC分类】H01B13-00
【公开号】CN104867621
【申请号】CN201510206622
【发明人】冯欣, 宋媛园, 施利毅, 曹绍梅, 苗苗, 方建慧
【申请人】上海大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月28日