一种易后处理的水基银纳米线墨水及其薄膜制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于透明导电薄膜领域，具体涉及一种易后处理的水基银纳米线墨水及其薄膜制备。
【背景技术】
[0002]在大量可实现柔性导电基底的材料中，银纳米线以其技术成熟、性能优异、价格适中而成为最近最有可能商业化的材料。而要实现银纳米线的利用，首先要将其制备成可加工的银导电墨水。根据使用溶剂的不同，可将这些墨水分为有机基和水基两大类。其中，会产生环境污染的有机基墨水占绝大部分，而环保的水基墨水则极少。为改变这种态势，人们加大了水基墨水的开发力度，开展了一些初步工作。
[0003]美国专利US8018568B2，US8632700B2，US8723216B2 和 US8049333B2 用羟丙基甲基纤维素、氟碳表面活性剂和水配制了水基银墨水。但羟丙基甲基纤维素高的分解温度和水中较慢的溶解速度导致其在后处理过程中很难除去，因而该种薄膜的导电性和透光性不好。为解决这个问题，专利CN104064282A和CN103965674A使用容易通过纯水浸泡除去的水基粘合剂和树脂配制了新的水基墨水，使墨水性能有所提升。但助剂太少导致该墨水的涂覆性能不好，进而导致该薄膜导电的不均匀。为提高墨水涂覆性能，人们加入多种助剂开发了涂覆性能优异的墨水，如专利CN103996455A。但这些专利使用的助剂基本均是高分子材料，其后处理困难带来的高分子残留使薄膜的导电性和透光性受到很大影响。综上，目前简单处理即可得到高导电性、均匀性、透光性的导电薄膜的水基墨水还很少，性能远远满足不了需求。
[0004]因此，开发简单处理即可得到优异导电薄膜的水基墨水是透明导电薄膜领域亟需解决的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种易后处理的水基银纳米线墨水及其薄膜制备，解决目前水基墨水涂覆性能不佳以及涂覆后薄膜性能不佳的问题。本发明开发的银线墨水涂覆性能好、后处理简单，制成的薄膜的导电性、透光率高而均匀，能在电子信息领域大量使用。本发明的特征在于:
(1)该墨水具体配方如下:
银纳米线，0.2-1.5% ；
氟碳表面活性剂，0.005-0.05% ；
小分子分散剂，0.1-2% ；
小分子流平剂，1-3% ；
小分子消泡剂，1-2% ；
水，91.45-97.695% ο
[0006](2)薄膜的制备过程为:在衬底上涂覆一层粘结剂溶液，干燥后得到粘结层。然后将(1)配制的墨水涂覆在粘结层上，烘干得银导电网络。最后涂覆一层保护层，干燥得最终的导电薄膜；
本发明所用银纳米线的直径为30-50nm，长度在10-20 μπι ;
(1)中所用表面活性剂为 ZonylOFSO、ZonylOFSP、ZonylOFSA、Zonyl@8867L、Zonyl@8857A、ZonylOFSN、ZonylOFS、ZonylOFSK、ZonylOFSD、ZonylOTBS、CapstoneiFS 等系列氟碳表面活性剂中的一种或几种的混合；
(1)中所用小分子分散剂为乙醇胺、2-氨基-2甲基-1-丙醇等高沸点液体；
(1)中所用小分子流平剂为乙二醇二丁醚、异丙氧基乙醇、丙二醇甲醚、异佛尔酮、二丙酮醇、DBE等高沸点溶剂中的一种或几种的混合；
本发明所用小分子流平剂为乙二醇二丁醚、异丙氧基乙醇、丙二醇甲醚、异佛尔酮、二丙酮醇、DBE等高沸点溶剂中的一种或几种的混合；
(1)中所用小分子消泡剂为2-己基乙醇；
(1)中墨水的配制步骤为:确定墨水配方组成，计算每种物质所需的质量。然后称取所有物质加入到一烧瓶中，搅拌30分钟。最后，将浆料用20 μπι孔径的滤膜过滤，得到最终的墨水;
(2)中所用衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚碳酸酯、聚酰亚胺(PI)或玻璃中的一种；
(2)中所用粘结剂为环氧树脂、丙烯酸酯树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂、聚乙烯醇树脂、聚酮树脂、酚醛树脂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或几种的混合。用Gardco Automatic Drawdown Machine DP8301片材式涂覆机或其他涂覆机器涂覆粘结剂溶液后，用红外烘烤灯烘烤5分钟，然后在真空烘箱中100°C下真空干燥5分钟，得到粘结层。所用红外烘烤灯为使用的红外烘烤灯的功率为800W、干燥面积为 1000cm2;
(2)中在粘结层上涂覆墨水后，用红外烘烤灯烘烤5分钟，然后在真空烘箱中110°C下真空干燥10分钟，除去溶剂和其他助剂物质，得到银导电网络；
(2)中所用顶涂保护层为UV胶、一些常用树脂、PEDOT:PSS、石墨烯、碳纳米管、金属氧化物、光学胶、热熔胶等物质中的一种或几种。控制顶涂的浓度与量，使涂覆后顶涂层的厚度小于银导电网络的厚度。然后用红外烘烤灯烘烤顶涂层5分钟，接着在真空烘箱中110°C下真空干燥10分钟。如果使用UV胶，则用紫外固化灯固化。这样得到最终的导电薄膜；本发明墨水后处理方便的原因是墨水使用的助剂基本为容易加热处理的有机小分子。在110°C真空下，这些有机小分子均变为蒸气从银导电网络中离开。而仅剩的氟碳表面活性剂的含量非常低，对银纳米线导电网络的性能影响较小。
[0007]本发明有如下优点:(1)墨水中含有多种不同作用的助剂，可将墨水性能调配至各种衬底涂覆所需的物理参数，因此，本发明墨水在各种衬底上的涂覆效果很好；(2)除银线外的绝大部分助剂很容易通过加热除去，真空加热避免了银线的氧化，因而制备的薄膜的导电性和透光率很好；(3)底涂和顶涂保证银纳米网络与衬底有良好的结合力，同时减慢环境对银线的侵蚀，因而该导电薄膜能持久使用；(4)顶涂填充减少了光散射等不利因素，因而该薄膜的雾度较小；(5)墨水与制膜的原料便宜，制膜过程简单，不需复杂仪器，因而薄膜成本低，方便大规模生产使用。
【附图说明】
[0008]图1:本发明墨水涂覆后形成的银线网络。
具体实施例
[0009]实施例:
使用直径为30-50nm、长度在10-20 μ m的银纳米线为导电物质。选用Zonyl@FS0-100为表面活性剂、2-氨基-2甲基-1-丙醇为分散防沉剂、丙二醇甲醚为流平剂、2-己基乙醇为消泡剂、水为溶剂来配制浆料；
确定墨水配方组成，计算每种物质所需的质量。然后称取所有物质加入到一烧瓶中，搅拌30分钟。最后，将浆料用20 μπι孔径的滤膜过滤，得到最终的墨水；
选用PET为衬底，丙稀酸树脂为粘结剂。用Gardco Automatic Drawdown MachineDP8301片材式涂覆机将丙烯酸树脂溶液涂覆在PET薄膜上。然后用红外烘烤灯烘烤5分钟，然后在真空烘箱中100°c下真空干燥5分钟，得到粘结层；用涂覆机将墨水涂覆在粘结层上，然后用红外烘烤灯烘烤5分钟，接着在真空烘箱中110°C下真空干燥10分钟，除去溶剂和其他助剂物质，得到银导电网络；
顶涂使用PEDOT:PSS溶液。将其涂覆在银纳米网络上。控制使用量，使最终保护层的厚度低于银纳米网络的厚度。涂覆完成后，用红外烘烤灯烘烤5分钟，接着在真空烘箱中110°C下真空干燥10分钟得到最终的导电薄膜。
[0010]以上详细描述了本发明的较佳实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的实验与技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种易后处理的水基银纳米线墨水及其薄膜制备方法，其特征在于， (1)墨水配方为: 银纳米线，0.2-1.5% ； 氟碳表面活性剂，0.005-0.05% ； 小分子分散剂，0.1-2% ； 小分子流平剂，1-3% ； 小分子消泡剂，1-2% ；水，91.45-97.695% ； (2)薄膜的制备过程为:在衬底上涂覆一层粘结剂溶液，干燥后得到粘结层；然后将(1)配制的墨水涂覆在粘结层上，烘干得银导电网络；最后涂覆一层保护层，干燥得最终的导电薄膜。2.根据权利要求1所述的水基银纳米线墨水及其薄膜制备方法，其特征在于:(1)中所用的银纳米线的直径为30-50nm，长度在10-20 μ m。3.根据权利要求1所述水基银纳米线墨水及其薄膜制备方法，其特征在于:(1)中所用表面活性剂为 ZonylOFSO、ZonylOFSP、ZonylOFSA、Zonyl@8867L、Zonyl@8857A、ZonylOFSN、ZonylOFS、ZonylOFSK、ZonylOFSD、ZonylOTBS、CapstoneiFS 等系列氣碳表面活性剂中的一种或几种的混合。4.根据权利要求1所述水基银纳米线墨水及其薄膜制备方法，其特征在于:(1)中所用小分子分散剂为乙醇胺、2-氨基-2甲基-1-丙醇等高沸点液体分散剂。5.根据权利要求1所述水基银纳米线墨水及其薄膜制备方法，其特征在于:(1)中所用小分子流平剂为乙二醇二丁醚、异丙氧基乙醇、丙二醇甲醚、异佛尔酮、二丙酮醇、DBE等高沸点溶剂中的一种或几种的混合。6.根据权利要求1所述水基银纳米线墨水及其薄膜制备方法，其特征在于:(1)中所用小分子消泡剂为2-己基乙醇。7.根据权利要求1所述水基银纳米线墨水及其薄膜制备方法，其特征在于:(2)中所用衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚碳酸酯、聚酰亚胺(PI)或玻璃中的一种。8.根据权利要求1所述水基银纳米线墨水及其薄膜制备方法，其特征在于:(2)中所用粘结剂为环氧树脂、丙烯酸酯树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂、聚乙烯醇树脂、聚酮树脂、酚醛树脂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或几种的混合；粘结剂溶液涂覆后，用红外烘烤灯烘烤5分钟，然后在真空烘箱中100°C下真空干燥5分钟，得到粘结层。9.根据权利要求1所述水基银纳米线墨水及其薄膜制备方法，其特征在于:(2)中墨水涂覆后，用红外烘烤灯烘烤5分钟后，在真空烘箱中110°C下真空干燥10分钟，得到银导电网络。10.根据权利要求1所述水基银纳米线墨水及其薄膜制备方法，其特征在于:(2)中所用顶涂保护物质为UV胶、一些常用树脂、PEDOT:PSS、石墨烯、碳纳米管、金属氧化物、光学胶、热熔胶等物质中的一种或几种；顶涂涂覆后，用红外烘烤灯烘烤5分钟，然后在真空烘箱中110°C下真空干燥10分钟，得到最终的导电薄膜。
【专利摘要】本发明公布了一种易后处理的水基银纳米线墨水以及其薄膜制备，其墨水组成为：银纳米线，0.2-1.5%;氟碳表面活性剂，0.005-0.05%；小分子分散剂，0.1-2%；小分子流平剂，1-3%；小分子消泡剂，1-2%；水，91.45-97.695%。其薄膜制备过程为：在衬底上涂覆一层粘结剂溶液，干燥后得到粘结层；然后将（1）配制的墨水涂覆在粘结层上，烘干得银导电网络；最后涂覆一层保护层，干燥得最终的导电薄膜。该墨水涂覆后仅需简单的热处理即可得到高性能的银纳米线薄膜。该薄膜的性能优越，能广泛用于触摸屏等电子产品领域。
【IPC分类】B82Y40/00, H01B13/00, H01B5/14, B82Y30/00
【公开号】CN105304164
【申请号】CN201510646270
【发明人】杨鑫, 陈善勇, 刘碧桃, 李璐, 闫恒庆
【申请人】重庆文理学院
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年10月9日