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CN109427449A - 一种柔性基透明导电薄膜的制备方法 - Google Patents

一种柔性基透明导电薄膜的制备方法 Download PDF

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CN109427449A CN201710769959.5A CN201710769959A CN109427449A CN 109427449 A CN109427449 A CN 109427449A CN 201710769959 A CN201710769959 A CN 201710769959A CN 109427449 A CN109427449 A CN 109427449A
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祝清省
郑博达
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Abstract

本发明公开了一种柔性基透明导电薄膜的制备方法，属于透明导电薄膜技术领域。该方法首先在透明柔性基材表面接枝阳离子表面活性剂；再制备含有阴离子表面活性剂的金属纳米线分散液；将接枝阳离子表面活性剂的基材放入金属纳米线分散液中，利用静电吸附自组装技术在衬底材料上吸附一层网状结构金属纳米线，烘干后得到柔性基透明导电薄膜。采用本发明制备柔性基透明导电薄膜，可在任意曲面基底上实现均一、大面积、高度可控成膜，且无需粘结剂的加入以及加压等后处理步骤便能解决薄膜与基底粘结性差的问题；制备工艺简单，操作流程少，成本和能耗很低，对生态环境无污染，具有很好的产业化应用前景。

Description

一种柔性基透明导电薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及透明导电薄膜技术领域，具体涉及一种柔性基透明导电薄膜的制备方法。
背景技术
随着科技的发展，电子器件朝着小型化、轻便化和可折叠化方向发展，柔性基透明导电薄膜因其不仅具有与硬质基导电膜相比拟的光电特性，并且具有可弯折、不易碎、轻薄便于携带等特性。因此柔性基透明导电薄膜将成为未来发展的趋势，在工业生产上拥有光明的前景。目前市场中仍以ITO薄膜为主，但由于铟为稀有金属，其价格日趋增加，且其制作成本高，沉积温度高，特别是其柔性性能很差，这极大限制了ITO薄膜在柔性电子设备中的应用。石墨烯、碳纳米管、金属线都因各自优异性能成为ITO薄膜的新兴替代品，引起了众多研究者的关注。但碳纳米管和石墨烯薄膜在电导率上还是无法与ITO薄膜相比拟，相反金属线随机网格结构高直流电导率和高透光率使其成为最有前景的替代品。
目前，常用来制备柔性基金属纳米线透明导电薄膜的方法包括：抽滤转印法、迈耶刮棒涂布法、喷涂法、旋涂法、丝网印刷法等，但这些方法都只能在平面基底上成膜，这显然在一些无定形基底成膜应用上受到了很大的限制，且这些方法都需要粘结剂加入以及后处理步骤来改进薄膜与基底粘结性差的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柔性基透明导电薄膜的制备方法，该方法解决了薄膜与基底粘结性差的问题，采用该方法既可在平面也可在任意曲面基底上实现均一、大面积、高度可控成膜。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种柔性基透明导电薄膜的制备方法，该方法包括如下步骤：
(1)提供透明柔性衬底，对其进行表面清洁处理；所述透明柔性衬底的材质为混合纤维素膜(MCE)、聚乙烯醇膜(PVA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(PET)或聚二甲基硅氧烷膜(PDMS)。
(2)在经步骤(1)处理后的透明柔性衬底表面接枝阳离子表面活性剂；
(3)制备含有阴离子表面活性剂的金属纳米线分散液：将金属纳米线分散在极性溶剂中，并向极性溶剂中加入阴离子表面活性剂，超声分散，即获得含有阴离子表面活性剂的金属纳米线分散液；
(4)将步骤(2)中接枝阳离子表面活性剂的透明柔性衬底放入步骤(3)得到的含有阴离子表面活性剂的金属纳米线分散液中浸渍，利用静电吸附自组装技术在衬底材料上吸附一层金属纳米线，烘干处理后即得到所述柔性基透明导电薄膜。
上述步骤(1)中，所述表面清洁处理过程为：在超声条件下依次采用丙酮和无水乙醇清洗透明柔性衬底，清洗后的透明柔性衬底自然干燥。
上述步骤(2)中，所述阳离子表面活性剂为季铵盐型和胺盐型阳离子表面活性剂中的一种或几种；在透明柔性衬底表面接枝阳离子表面活性剂的方法为化学接枝、等离子体接枝、高能辐射接枝或紫外接枝。
上述步骤(3)中，所述金属纳米线为银纳米线、金纳米线、铜纳米线或镍纳米线。
上述步骤(3)中，所述阴离子表面活性剂为羧酸盐、硫酸盐、磺酸盐和磷酸盐类表面活性剂中的一种或几种。
上述步骤(3)中，将金属纳米线分散在极性溶剂得到的金属纳米线分散液的浓度为1-6mg/ml；所述含有阴离子表面活性剂的金属纳米线分散液中阴离子表面活性剂与金属纳米线的重量比例为1:(10-30)；在金属纳米线分散液中加入阴离子表面活性剂后的超声分散时间为10-20min。
上述步骤(3)中，所述极性溶剂为甲醇、乙醇或去离子水。
上述步骤(4)浸渍过程中，含有阴离子表面活性剂的金属纳米线分散液在20-50℃条件下以200-500r/min持续搅拌，浸渍时间为10-20min；所述烘干处理的温度为50-70℃，烘干时间为1小时。
上述步骤(4)中，在柔性透明衬底上吸附的金属纳米线相互交织排布呈网状结构。
本发明的优点和有益效果如下：
1、本发明方法无需粘结剂的加入以及后处理步骤便很好的解决了薄膜与基底粘结性差的问题。
2、本发明方法可在任意曲面基底上实现均一、大面积、高度可控成膜，这很大程度上拓宽了透明导电薄膜的应用范围。
3、本发明制备工艺简单，操作流程少，生产效率高，成本和能耗很低，对生态环境无污染，具有很好的产业化应用前景。
附图说明
图1为本发明制备的柔性基透明导电薄膜的结构示意图。
图2为本发明实施例1制备的柔性基透明导电薄膜SEM图。
图3为本发明实施例1制备柔性基透明导电薄膜的工艺流程图。
图4为本发明制备的柔性基透明导电薄膜在550nm处透光度与方阻的示意图。
图中：1-金属纳米线；2-柔性透明衬底。
具体实施方式
以下结合附图和实施例详述本发明。所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动成果前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例制备柔性基透明导电薄膜的过程如图3所示，具体包括如下步骤：
步骤A，提供表面清洁的PET膜，具体步骤包括：
A1,在超声状态下用丙酮清洗PET膜30min，取出用去离子水冲洗PET膜表面；
A2，将步骤A1得到的PET膜在超声状态下用乙醇清洗30min，自然干燥。
步骤B，将步骤A得到的PET膜通过紫外照射，表面接枝上甲基丙烯酰氧乙基二甲基丙基溴化铵。
步骤C，将纳米银线分散液中加入一种阴离子表面活性剂，并超声分散，具体过程包括以下步骤C1-C3：
步骤C1，将实验室制备的纳米银线离心清洗，除去吸附于银线的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，得到纯净的纳米银线，其中纳米银线直径为30-60nm，长度为15-30μm；
步骤C2，将步骤C1所得到的纯净纳米银线分散于去离子水中，配置溶液浓度为3mg/L，并按阴离子表面活性剂：纳米银线＝1:15的重量比例加入表面活性剂Capstone(R)FS-61；
步骤C3，将步骤C2得到的纳米银线分散液超声分散15min。
步骤D，将步骤B得到的PET膜放入步骤C得到的纳米银线分散液中，利用静电吸附技术在衬底材料上吸附一层呈网状结构的纳米银线，烘干后得到柔性基透明导电薄膜，具体步骤包括：
步骤D1，将步骤C得到的纳米银线分散液在25℃下以200r/min持续搅拌，然后将步骤B得到的PET膜放入中，浸渍15min后取出；
步骤D2，将步骤D1得到的吸附了一层网状结构纳米银线的PET膜放入到60℃的烘箱中干燥，1小时后取出，得到柔性基透明导电薄膜。
采用上述方法所得到的柔性基透明导电薄膜在柔性透明衬底2上吸附的金属纳米线1相互交织排布呈网状结构，如图1所示。
图2为本实施例制备柔性基透明导电薄膜SEM图，可以看出纳米银线均匀分布于PET膜上形成网状结构。
本实施例制备的柔性基透明导电薄膜其方阻能达到40Ω/□，透光率为71％(550nm处)，且薄膜与基底间的粘结性能十分好，如图4所示。
实施例2
步骤A，提供表面清洁的PET膜，具体步骤包括：
A1,在超声状态下用丙酮清洗PET膜30min，取出用去离子水冲洗PET膜表面；
A2，将步骤A1得到的PET膜在超声状态下用乙醇清洗30min，自然干燥。
步骤B，将步骤A得到的PET膜通过化学接枝法，在表面接枝甲基丙烯酰氧乙基二甲基丙基溴化铵。
步骤C，将纳米银线分散液中加入一种阴离子表面活性剂，并超声分散，具体步骤包括，
步骤C1，将实验室自制的纳米银线离心清洗，除去吸附于银线的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，得到纯净的纳米银线，其中纳米银线直径为40-70nm，长度为10-20μm；
步骤C2，将步骤C1所得到的纯净纳米银线分散于去离子水中，配置溶液浓度为1.5mg/L，并按质量比(阴离子表面活性剂：纳米银线)1:15的比例加入Capstone(R)FS-61；
步骤C3，将步骤C2得到的纳米银线分散液超声分散15min。
步骤D，将步骤B得到的PET膜放入步骤C得到的纳米银线分散液中，利用静电吸附技术在衬底材料上吸附一层纳米银线网状结构，烘干后得到柔性基透明导电薄膜，具体步骤包括：
步骤D1，将步骤C得到的纳米银线分散液在50℃下以200r/min持续搅拌，然后将步骤B得到的PET膜放入中，浸渍20min后取出；
步骤D2，将步骤D1得到的吸附了一层纳米银线网状结构的PET膜放入到60℃的烘箱中干燥，1小时后取出，得到柔性基透明导电薄膜。
采用上述方法得到的柔性基透明导电薄膜其方阻能达到330Ω/□，透光率为82％(550nm处)，且薄膜与基底间的粘结性能十分好。

Claims (10)

1.一种柔性基透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)提供透明柔性衬底，对其进行表面清洁处理；
(2)在经步骤(1)处理后的透明柔性衬底表面接枝阳离子表面活性剂；
(3)制备含有阴离子表面活性剂的金属纳米线分散液：将金属纳米线分散在极性溶剂中，并向极性溶剂中加入阴离子表面活性剂，超声分散，即获得含有阴离子表面活性剂的金属纳米线分散液；
(4)将步骤(2)中接枝阳离子表面活性剂的透明柔性衬底放入步骤(3)得到的含有阴离子表面活性剂的金属纳米线分散液中浸渍，利用静电吸附自组装技术在衬底材料上吸附一层金属纳米线，烘干处理后即得到所述柔性基透明导电薄膜。
2.根据权利要求1所述的柔性基透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述表面清洁处理过程为：在超声条件下依次采用丙酮和无水乙醇清洗透明柔性衬底，清洗后的透明柔性衬底自然干燥。
3.根据权利要求1所述的柔性基透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述透明柔性衬底的材质为混合纤维素膜、聚乙烯醇膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜或聚二甲基硅氧烷膜。
4.根据权利要求1所述的柔性基透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述阳离子表面活性剂为季铵盐型或胺盐型阳离子表面活性剂中的一种或几种；在透明柔性衬底表面接枝阳离子表面活性剂的方法为化学接枝、等离子体接枝、高能辐射接枝或紫外接枝。
5.根据权利要求1所述的柔性基透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述金属纳米线为银纳米线、金纳米线、铜纳米线或镍纳米线。
6.根据权利要求1所述的柔性基透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述阴离子表面活性剂为羧酸盐、硫酸盐、磺酸盐和磷酸盐类表面活性剂中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的柔性基透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，将金属纳米线分散在极性溶剂得到的金属纳米线分散液的浓度为1-6mg/ml；所述含有阴离子表面活性剂的金属纳米线分散液中阴离子表面活性剂与金属纳米线的重量比例为1:(10-30)；在金属纳米线分散液中加入阴离子表面活性剂后的超声分散时间为10-20min。
8.根据权利要求1所述的柔性基透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述极性溶剂为甲醇、乙醇或去离子水。
9.根据权利要求1所述的柔性基透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(4)浸渍过程中，含有阴离子表面活性剂的金属纳米线分散液在20-50℃条件下以200-500r/min持续搅拌，浸渍时间为10-20min；所述烘干处理的温度为50-70℃，烘干时间为1小时。
10.根据权利要求1或9所述的柔性基透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，在柔性透明衬底上吸附的金属纳米线相互交织排布呈网状结构。
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