CN105118546B - 一种新型氧化物保护的银纳米线透明导电薄膜 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种新型氧化物保护的银纳米线透明导电薄膜及其制备方法，其制备步骤为：将衬底清洗并进行等离子处理；在衬底上涂覆一层粘结剂，红外灯烘干；将银纳米线导电墨水涂覆在衬底上，干燥后得到银导电网络；将导电氧化物溶液涂覆在银导电网络上，干燥后得到银纳米线导电薄膜。该方法制备的银透明导电薄膜和衬底的粘结性好，导电性高、透光率高，可以用于电子信息产业的很多方面。

Description

一种新型氧化物保护的银纳米线透明导电薄膜

技术领域

本发明属于透明导电薄膜技术领域，具体涉及银纳米线透明导电薄膜及其制备方法。

背景技术

ITO(Indium Tin Oxide)因其导电透光性高等原因而被广泛用于平板显示、照明以及太阳能电池等领域。但ITO存在如下主要缺点：(1)自然界的铟含量极少，所以其产量受到限制，价格也较高；(2)ITO薄膜多由真空溅射得到，其设备要求高，高温溅射也容易伤到基板；(3)ITO脆性较大，弯折容易断，导致其不适合用于柔性器件中。所以，随着可穿戴设备市场日益扩大，人们逐渐开始开发可柔性弯折的透明导电薄膜，如基于石墨烯、碳纳米管、纳米金属线等材料的透明导电薄膜。相对于石墨烯和碳纳米管，纳米金属线是最近最有可能突破的透明导电材料。纳米金属线包括金、银、铜等金属。其中，银线以其导电性最好、抗氧化能力较好以及价格适中而成为人们研究的重点。在以前的银纳米线导电薄膜制备中，人们普遍采用了如下的制备步骤：(1)在衬底上涂覆一层粘结剂，红外灯烘干；(2)将银纳米线导电墨水涂覆在衬底上，干燥后得到银导电网络；(3)将顶涂涂覆在银导电网络上，干燥后得到银纳米线导电薄膜。前两步差别较小，第三步采用的顶涂则有所区别。如专利CN104658700A，采用UV胶作为顶涂；专利CN103903817A，采用石墨烯溶液作为顶涂；专利CN102522145A，采用聚酯、聚氨酯、环氧树脂等树脂作为顶涂；专利CN102522145B，采用导电高分子PEDOT：PSS溶液作为顶涂；以及其他如光学胶等顶涂材料。但UV胶、聚酯、聚氨酯、环氧树脂、光学胶等作为高分子材料，其添加本身就会阻碍银线之间的接触从而降低薄膜的导电性，同时还会降低薄膜的透光性。而石墨烯成本较高，用其制备的导电薄膜的价格较高。PEDOT：PSS的酸性会腐蚀银线，不利于长久使用。以上这些因素使这些专利制备出的银导电薄膜并不能有效体现银纳米线的优异性能。

因此，选择什么顶涂物质以实现银纳米线导电薄膜与衬底的优异粘结性的同时保持银纳米导电薄膜的高导电性和高透光率是光电领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的顶涂溶液和薄膜制备过程，从而解决目前顶涂物质存在的种种问题。该薄膜具有导电透光性高、与衬底结合性好等优点，能大规模低成本制备，因而能用于电子信息行业的很多方面。其具体实施方案是：

(1)本发明使用的衬底是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。将新买的衬底上的保护膜撕去，将其放入乙醇中超声10分钟。然后将薄膜放入真空烘箱中50℃真空干燥10分钟。取出衬底，将其放入等离子清洗机中，真空清洗5分钟。其中，使用的等离子清洗机的频率/功率为13.56MHz/300W；

(2)在(1)处理过的衬底上用5％浓度的粘结剂涂覆一层粘结层，厚度在300nm左右。粘结剂包括环氧树脂、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。涂覆使用的是Gardco Automatic Drawdown Machine DP8301片材式涂覆机，也包括其他涂覆机器。涂覆完成后，用红外烘烤灯烘烤5分钟。使用的红外烘烤灯的功率为800W、干燥面积为1000cm²；

(3)在(2)基础上涂覆一层银纳米线涂布液，然后用真空烘箱110℃下真空干燥10分钟，得到厚度为200nm左右的银纳米线网络。银纳米线墨水是自制的。银纳米线直径在30-50nm之间，长度在10-20μm之间。墨水银线含量在0.5％左右。除了银线外，墨水还含有分散剂、表面活性剂、流平剂、保湿剂和粘结剂等助剂；

(4)在(3)基础上涂覆一层导电氧化物溶液。然后将衬底放入真空烘箱，110℃加热烘烤10分钟，导电氧化物厚度为150nm。使用的氧化物包括氧化锌、氧化钼、氧化钒等，其溶液是自制的。氧化锌溶液是分解锌的前驱体得到。有氧空位的氧化钼、氧化钒等溶液是用双氧水和钼、钒等金属常温搅拌反应得到的。通过以上这些，得到最终的新型银纳米线导电薄膜。

本发明有如下优点：(1)用导电氧化物代替一些常见的树脂、光学胶等高分子，使制备的薄膜在实现银纳米线导电网络与衬底的优异粘结性的同时保持了银纳米线网络高的导电性和透光率；(2)避免了PEDOT：PSS等对银纳米线有腐蚀作用的材料，新的顶涂在保护银纳米网络的同时不腐蚀该网络，使银导电薄膜经久耐用；(3)导电物质的填充提高了银纳米网络的导电性，降低了光的散射而减小了雾度，因而产品雾度低；(4)湿法制膜，步骤简单，不需ITO制膜所需的复杂步骤和设备，价格便宜，具有良好的应用前景。

附图说明

图1：本发明的结构示意图；

1-衬底；2-底涂粘结层；3-银导电网络；4-氧化物导电薄膜；其中，3和4层有部分重叠。

具体实施例

实施例：

采用PET为衬底。将衬底上的保护膜撕去，放入乙醇中超声10分钟。然后将其在真空烘箱中真空干燥10分钟(50℃)。取出衬底，将其放入等离子清洗机中，真空清洗5分钟；

在处理过的衬底上用Gardco Automatic Drawdown Machine DP8301片材式涂覆机涂覆一层5％浓度的丙烯酸树脂。然后，用红外烘烤灯烘烤5分钟，得到厚度在300nm左右左右的粘结层；

在粘结层上涂覆一层银纳米线溶液，然后在真空烘箱110℃下真空干燥10分钟，得到厚度在200nm左右的银纳米线网络。银纳米线墨水是自制的。银纳米线直径在30-50nm之间，长度在10-20μm之间。墨水银线含量在0.5％左右。除了银线外，墨水还含有少量分散剂、表面活性剂、流平剂、保湿剂和粘结剂等助剂；

将钼粉用浓度极低的盐酸溶液洗涤5分钟后，倒去盐酸溶液。抽滤，水洗三次，乙醇洗三次。然后真空干燥10分钟。将处理过的钼粉加入一双口瓶中，氮气下向瓶中加入一定量的乙醇，搅拌10分钟。接着，将30％浓度的双氧水慢慢加入其中。搅拌18小时后，用旋转蒸发仪除去溶剂，得到氧化物粉末。根据所需浓度，加入乙醇调配好待用；

在银纳米线网络上涂覆一层有氧空位的氧化钼溶液。然后将衬底放入真空烘箱，110℃下烘烤10分钟，氧化钼薄膜厚度在150nm左右。最后得到新型透明导电薄膜。

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。

Claims (1)

1.一种氧化物保护的银纳米线透明导电薄膜，其特征在于，具体制备步骤为：

(1)将衬底用乙醇进行超声清洗并将衬底平放在等离子处理机中，打开机器对衬底处理5分钟；衬底基材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)在衬底上涂覆一层粘结剂，用500W的红外烘烤灯干燥5分钟；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;

(3)将银纳米线导电墨水涂覆在具有粘结剂一面的衬底上，干燥后得到银导电网络；所用的银纳米线是自制的，直径在30-50nm之间，长度在10-20μm之间；银纳米线导电墨水中的银纳米线含量在0.5%；除了银纳米线外，银纳米线导电墨水还含有分散剂、表面活性剂、流平剂、保湿剂和粘结剂；银纳米线导电墨水涂覆后，将衬底放入真空烘箱，110℃加热烘烤10分钟；

(4)将导电氧化物溶液涂覆在银导电网络上，干燥后得到银纳米线导电薄膜；所使用的导电氧化物是自制的，通过前驱体分解或金属和双氧水反应方式得到，所述导电氧化物溶液为氧化锌、三氧化钼或五氧化二钒溶液；导电氧化物溶液涂覆后，将衬底放入真空烘箱，110℃加热烘烤10分钟得到最终的银纳米线透明导电薄膜。