CN114496354A - 一种透明导电薄膜的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于涂层技术领域，具体涉及一种透明导电薄膜的制备方法及其应用，本发明的透明导电薄膜的制备方法包括步骤一、采用等离子体改性碳纳米管，对碳纳米管表面进行氨基化改性处理；步骤二、将改性后的碳纳米管与水和分散剂混合均匀，配制成碳纳米管浓度为5‑50ppm、粘度为1‑10cps的碳纳米管墨水；步骤三、采用等离子体改性透明基材，对透明基材表面进行亲水改性处理；步骤四、采用微电子喷墨打印机将步骤三制得的碳纳米管墨水打印于经等离子体表面处理后的透明基材上，使透明基材上形成薄膜，对薄膜进行干燥处理，得到透明导电薄膜。本发明的透明导电薄膜的制备方法工艺简单，可制得高导电性和高透光率的薄膜。
Description
技术领域
本发明属于涂层技术领域，具体涉及一种透明导电薄膜的制备方法及其应用。
背景技术
随着人们对于更薄、更轻、更低成本的光电器件和相关电子显示设备的需求迅猛增长，尤其是光伏产业以及触控显示器应用，例如手机、笔记本电脑、All-In-One电脑等，使透明导电薄膜材料市场急速扩张。透明导电薄膜具有良好的导电性和光学透过性，已成为光电功能器件制造中不可或缺的组成部分。目前，广泛使用的透明导电材料氧化铟锡(ITO)，优越的透光性与良好的导电性使得ITO一直作为透明导电材料被应用到触控显示领域以及发光照明领域。然而随着触控面板需求量的飞速增长，ITO面临着世界锢资源匮乏、加工复杂、能耗高等问题。同时作为一种氧化物，ITO脆性大，柔韧性差难以满足新一代触控显示技术对产品的柔性、可弯折性等方面的需求。因此，一种可以取代ITO的新型透明导电材料成为了当前显示领域研究的一大热点。近年来，研究人员开始将金属、碳材料等应用于透明导电薄膜的制备，基于金属纳米线、碳纳米管、石墨烯以及导电高分子等材料利用化学气相沉积、抽滤、涂布等方法制备的透明膜已在触摸屏、智能玻璃、光伏器件等方面获得了较好的应用。但是，这些方法在制备透明导电薄膜过程中为了提高其透光性及导电性，往往存在需要后处理、有缺陷引入以及性能不稳定等问题，工艺较复杂，难以实现高质量透明导电薄膜的大面积制备。
发明内容
本发明的目的是提供一种透明导电薄膜的制备方法及其应用，旨在解决现有的透明导电薄膜制备工艺复杂的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明一方面提供了一种透明导电薄膜的制备方法，其包括如下制备步骤：
步骤一、采用等离子体改性碳纳米管，对碳纳米管表面进行氨基化改性处理；
步骤二、将改性后的碳纳米管与水和分散剂混合均匀，配制成碳纳米管浓度为5-50ppm、粘度为1-10cps的碳纳米管墨水；所述碳纳米管和分散剂的质量比为1∶1-4。
步骤三、采用等离子体改性透明基材，对透明基材表面进行亲水改性处理；
步骤四、采用微电子喷墨打印机将步骤三制得的碳纳米管墨水打印于经等离子体表面处理后的透明基材上，使透明基材上形成薄膜，对薄膜进行干燥处理，得到透明导电薄膜。
本发明的透明导电薄膜的制备方法，通过采用等离子体改性技术对碳纳米管表面进行氨基化改性处理，使碳纳米管表面带有含氧、含氮、含氢的官能团，进而使碳纳米管墨水打印于透明基材表面时，碳纳米管和碳纳米管之间以及碳纳米管和透明基材之间可以通过官能团进行连接，使碳纳米管可以在透明基材表面形成连续的导电薄膜，也就是说，对碳纳米管表面进行等离子体氨基化改性有利于碳纳米管墨水在透明基材表面成膜，提高导电薄膜在基材表面的附着力，并提高透明导电薄膜的导电性和透明度。
其中，所述制备方法还包括步骤五，将步骤四干燥后的透明导电薄膜放入等离子体表面处理仪中，并通入氮气进行处理。
其中，所述步骤一中，等离子体改性碳纳米管的处理条件为：将碳纳米管放入等离子体表面处理仪中，向等离子体表面处理仪中通入氨气，设置功率为150-250W，处理时间为10-20min。
其中，通入所述氨气的气流为1-100mL/min。
其中，所述步骤二包括如下操作：
先将改性后的碳纳米管与水混合配制成质量浓度为0.02-0.1wt％的溶液，然后对该溶液进行砂磨，接着将砂磨后的溶液放入均质机中进行均质，得到初步分散的碳纳米管溶液；
将初步分散的碳纳米管溶液稀释至5-50ppm，然后加入分散剂，并采用高速搅拌机搅拌10-30min，使碳纳米管在水溶液中均匀分散。
其中，所述碳纳米管溶液在经过高速搅拌机搅拌后，采用微孔过滤膜进行过滤。
其中，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种。
其中，所述步骤三中，采用等离子体表面处理仪对透明基材进行等离子体处理，所述等离子体表面处理仪的功率为100-150W。
本发明另一方面提供一种光伏电池，所述光伏电池包括由上述制备方法制得的透明导电薄膜。
本发明另一方面提供一种触控显示屏，所述触控显示屏包括由上述制备方法制得的透明导电薄膜。
本发明的有益效果：
本发明的透明导电薄膜的制备方法，先采用等离子体改性技术对碳纳米管表面进行氨基化改性，碳纳米管在氨基氢键的作用下具有更好的成膜性，薄膜连续性增加，然后将改性后的碳纳米管与水和分散剂混合均匀配制成碳纳米管浓度为5-50ppm、粘度为1-10cps的碳纳米管墨水，使碳纳米管墨水粘度适中，适合喷涂打印，不易出现堵喷头的现象，接着采用微电子喷墨打印机将碳纳米管墨水打印至经等离子体表面处理后的透明基材表面，最后经干燥形成透明导电薄膜，制备方法简单，易操作，适合工业化大规模生产，制得的产品透明度高，导电性好，透光率为80％-85％，方块电阻为900-1000Ω/sq。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和技术效果更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。结合本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行；所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本发明的描述中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a，b，或c中的至少一项(个)”，或，“a，b，和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a，b，c，a-b(即a和b)，a-c，b-c，或a-b-c，其中a，b，c分别可以是单个，也可以是多个。
需要理解的是，本发明实施例中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本发明实施例相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明公开的范围之内。具体地，本发明实施例中所述的重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
另外，除非上下文另外明确地使用，否则词的单数形式的表达应被理解为包含该词的复数形式。术语“包括”或“具有”旨在指定特征、数量、步骤、操作、元件、部分或者其组合的存在，但不用于排除存在或可能添加一个或多个其它特征、数量、步骤、操作、元件、部分或者其组合。
本发明实施例提供了一种透明导电薄膜的制备方法，其包括如下制备步骤：
步骤一、采用等离子体改性碳纳米管，对碳纳米管表面进行氨基化改性处理；
步骤二、将改性后的碳纳米管与水和分散剂混合均匀，配制成碳纳米管浓度为5-50ppm、粘度为1-10cps的碳纳米管墨水；所述碳纳米管和分散剂的质量比为1∶1-4。
步骤三、采用等离子体改性透明基材，对透明基材表面进行亲水改性处理；
步骤四、采用微电子喷墨打印机将步骤三制得的碳纳米管墨水打印于经等离子体表面处理后的透明基材上，使透明基材上形成薄膜，对薄膜进行干燥处理，得到透明导电薄膜。
本发明的透明导电薄膜的制备方法，先采用等离子体改性技术对碳纳米管表面进行氨基化改性，然后将改性后的碳纳米管与水和分散剂混合均匀配制成碳纳米管浓度为5-50ppm、粘度为1-10cps的碳纳米管墨水，并采用微电子喷墨打印机将碳纳米管墨水打印至经等离子体表面处理后的透明基材表面，最后经干燥形成透明导电薄膜。本发明的制备方法简单，易操作，适合工业化大规模生产，制得的产品透明度高，导电性好。
本发明通过采用等离子体改性技术对碳纳米管表面进行氨基化改性，使碳纳米管表面带有含氮、氧、氢元素的官能团，进而使碳纳米管墨水打印于透明基材表面时，碳纳米管在氨基氢键的作用下具有更好的成膜性，薄膜连续性增加，也就是说，本申请通过对碳纳米管表面进行等离子体氨基化改性有利于碳纳米管墨水在透明基材表面成膜，提高碳纳米管的成膜性能，碳纳米管成膜性好有利于提高透明导电薄膜的导电性。而由于基材上的碳纳米管是相互连接在一起的，形成整体的膜结构附着于基材表面，因此，相比单独附着于基材上的碳管，本申请的碳纳米管导电薄膜在基材表面的附着力更大，碳纳米管更加不易从基材表面脱落，并提高透明导电薄膜的导电性和透明度。另一方面，碳纳米管经过等离子体表面处理，且在氨气气氛下处理后，碳管表面含有含氮官能团(如氨基)，在制备薄膜喷涂打印过程中，在氢键作用下，形成碳管和水的复合体，避免在喷涂打印过程中发生堵头，影响薄膜制备效率。
本发明的碳纳米管墨水通过添加分散剂，使碳纳米管在溶液中分散均匀，避免碳纳米管发生团聚，有利于碳纳米管墨水打印于基材上后，碳纳米管整齐排列于基材上，进而提高透明导电薄膜的透明度和导电性。本发明的碳纳米管采用水作为分散溶剂，不会对环境造成污染，易于工业化生产。
本发明通过对透明基材进行等离子体表面处理，有利于提高透明基材的表面活性，降低透明基材表面张力，使透明基材表面具有亲水效果，进而当碳纳米管墨水打印于透明基材表面时，水不会在基材表面形成水珠，而是直接平铺在基材表面，一方面使碳纳米管能更好的分散于基材表面形成均一厚度的薄膜，另一方面可增大碳纳米管与基材表面的接触面积，提高碳纳米管在基材表面的附着力，使碳纳米管不易于基材发生脱离。具体的，在实施例中，所述透明基材可以为但不限于玻璃或PET薄膜。
本发明通过将碳纳米管墨水的浓度配制成5-50ppm、粘度为1-10cps，使碳纳米管墨水可以采用微电子喷墨打印机进行打印，墨水不会堵住喷墨打印机的喷头，实现精确控制导电薄膜的打印厚度以及实现大面积导电薄膜的制备，且打印后的薄膜厚度均匀、导电性好、透明度高。具体的，在实施例中，所述碳纳米管可以为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
其中，所述制备方法还包括步骤五，将步骤四干燥后的透明导电薄膜放入等离子体表面处理仪中，并通入氮气进行处理。一方面碳纳米管经过氮元素掺杂，碳纳米管表面产生电子空缺，进而增加相邻碳原子间势能，加快电子传输速度，进而增加薄膜导电性，另一方面，分散剂的存在会影响薄膜的导电性，本发明通过采用等离子体处理技术并通入氮气对导电薄膜进行处理，使氮气与分散剂进行反应生成其它有机物，达到去除分散剂的目的，进而提高薄膜的导电性。
其中，所述步骤一中，等离子体改性碳纳米管的处理条件为：将碳纳米管放入等离子体表面处理仪中，向等离子体表面处理仪中通入氨气，设置功率为150-250W，处理时间为10-20min，得到氨基化改性处理后的碳纳米管。
本发明通过向等离子体表面处理仪中通入氨气，可实现对碳纳米管表面的氨基化改性，本发明通过控制功率为150-250W，处理时间为10-20min使碳纳米管表面能够产生足够多的官能团，进而使碳纳米管和碳纳米管之间，碳纳米管和基材表面可以通过官能团进行连接，形成连续的导电网络，提高薄膜的成膜性、导电性和附着性。当功率过低时，碳纳米管产生的官能团较少，碳纳米管墨水成膜性能较差，薄膜的导电性能及附着性能会下降，当功率过高的话，容易将碳纳米管烧坏，影响碳纳米管墨水的成膜性，最终影响薄膜的导电性和透光率。
具体的，在实施例中，等离子体改性碳纳米管时，等离子体表面处理仪的功率可以为但不限于150W、160W、170W、180W、190W、200W、210W、220W、230W、240W、250W；处理时间可以为但不限于10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min、20min。
其中，通入所述氨气的气流为1-100mL/min，将氨气气流量控制在该范围内，可以使碳纳米管表面产生足够多的官能团，有利于进一步提高碳纳米管墨水在透明基材表面的成膜性和附着力，进而提高薄膜的导电性和透光率。当气流量过小时，碳纳米管表面无法形成足够多的官能团，最终会影响碳纳米管和碳纳米管之间的连接，使碳纳米管墨水成膜性变差，导致薄膜的导电性、透光率和附着力下降。当气流量过高时，过量的氨气会产生刺激性气味，需要进一步对氨气进行处理，造成资源浪费。
具体的，在实施例中，通入氨气的气流可以为但不限于1mL/min、10mL/min、20mL/min、30mL/min、40mL/min、50mL/min、60mL/min、70mL/min、80mL/min、90mL/min、100mL/min。
其中，所述步骤二包括如下操作：
先将改性后的碳纳米管与水混合配制成质量浓度为0.02-0.1wt％的溶液，然后对该溶液进行砂磨，接着将砂磨后的溶液放入均质机中进行均质，得到初步分散的碳纳米管溶液；
将初步分散的碳纳米管溶液稀释至5-50ppm，然后加入分散剂，并采用高速搅拌机搅拌10-30min，使碳纳米管在水溶液中均匀分散。
本发明的步骤二通过先将改性后的碳纳米管与水混合配制成质量浓度为0.02-0.1wt％的溶液，然后依次对溶液进行砂磨、均质机均质完成初步分散后，再对溶液稀释至5-50ppm，通过将改性后的碳纳米管先配制成较高浓度的溶液，进而使分散时可以一次性分散较多量的碳纳米管，待完成初步分散后，再将溶液稀释成目标浓度，有利于减少分散次数和分散时间，提高碳纳米管溶液的配制效率，进而提高透明导电薄膜的制备效率。
本发明对碳纳米管溶液进行分散时，通过先对溶液进行砂磨，使原先团聚在一起的碳纳米管被分开，形成细度较小的碳管，然后采用均质机进行均质，在均质机的作用下，对碳纳米管进行进一步的分散，该方法可以有效提高碳纳米管溶液的分散效果，降低碳纳米管溶液的粘度。
本发明对经初步分散后的碳纳米管溶液稀释至5-50ppm后，又采用高速搅拌机对碳纳米管溶液进行二次分散，进一步提高碳纳米管溶液的分散效果，使碳纳米管墨水打印至透明基材时，碳纳米管不会轻易发生团聚，可使碳纳米管均匀的分布在基材表面，形成连续、厚度均匀且透明的导电薄膜。
具体的，在实施例中，初步分散的碳纳米管溶液的质量浓度可以为但不限于0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.10％；稀释后的碳纳米管溶液的质量浓度可以为但不限于5ppm、10ppm、15ppm、20ppm、25ppm、30ppm、35ppm、40ppm、45ppm、50ppm。
其中，对溶液进行砂磨时，砂磨机的锆珠粒径为0.4-0.6mm，砂磨时间为3-6h。在实施例中，锆珠粒径可以为但不限于0.4mm、0.5mm、0.6mm，砂磨时间可以为但不限于3h、4h、5h、6h。本发明通过选用上述粒径范围的锆珠并砂磨3-6h，有利于提高碳纳米管的分散效果。
其中，均质机均质时，均质压力为1000-2000bar，均质5-7次，将均质压力控制在上述范围，有利于进一步提高碳纳米管的分散效果。在实施例中，均质压力可以为但不限于1000bar、1100bar、1200bar、1300bar、1400bar、1500bar、1600bar、1700bar、1800bar、1900bar、2000bar，均质次数可以为5次、6次或7次。
其中，所述碳纳米管溶液在经过高速搅拌机搅拌后，采用微孔过滤膜进行过滤，将尺寸较大的、不符合制备要求的碳纳米管过滤掉，使制得的碳纳米管墨水中碳管的管径均匀，避免部分分散不好的碳纳米管在喷墨打印时堵住喷头或者打印至透明基材表面后，影响基材的透光率。
其中，微孔过滤膜为水系过滤膜，微孔过滤膜的孔径为0.22-2μm，过滤次数为2-3次，在实施例中，微孔过来膜的孔径可以为但不限于0.22μm、0.5μm、0.75μm、1μm、1.25μm、1.5μm、1.75μm、2μm。通过选用上述孔径的微孔过滤膜，可以将尺寸大于2μm的碳纳米管给过滤掉，使碳纳米管墨水中的碳管尺寸适中，分散均匀，打印于基材表面时可以均匀分布于基材表面，不易发生团聚，有利于提高薄膜的导电性和透光率。
其中，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种。上述种类的分散剂分散效果更好，使制得的碳纳米管墨水性质稳定，墨水中的碳管不易发生团聚，且将墨水打印于基材表面时，碳管可以均匀的分布于基材表面，形成连续的导电网络，有利于提高薄膜的导电性以及透明度。具体的，当采用聚乙烯苯磺酸钠时，其不仅能提高碳纳米管在溶液中的分散性能，且有利于提高碳纳米管墨水在基材表面的成膜性能，使碳纳米管能在基材表面形成稳定的且连续的导电网络，进而提高薄膜的导电性能，有利于提高薄膜的透光率。
其中，所述步骤三中，采用等离子体表面处理仪对透明基材进行等离子体处理，所述等离子体表面处理仪的功率为100-150W。在对透明基材进行等离子体表面处理时，将功率设置为100-150W的范围，使处理后的透明基材表面具有良好的亲水效果，当功率过低时，处理后的透明基材表面连接的亲水基团较少，基材表面的亲水效果较差，会影响碳纳米管墨水在基材表面的成膜效果和附着效果，最终影响薄膜的导电性。
具体的，在实施例中，对透明基材进行等离子体处理时的功率可以为但不限于100W、105W、110W、115W、120W、125W、130W、135W、140W、145W、150W。
其中，微电子喷墨打印机的喷头为20μm压电式喷头，喷涂时的喷涂基板温度为80-90℃，喷涂10-20次，喷涂间距为5-20μm。喷涂时控制喷涂基板的温度为80-90℃，并控制喷涂间距为5-20μm，可以使墨水打印至基材表面上时，墨水中的水份基本挥发光，进而使碳纳米管可以准确的打印于预设的位置，不会跟随墨水中的水分流至基材的其它位置，因此，喷涂基板温度和喷涂间距的设置有利于提高微电子喷墨打印机的打印精度，使碳纳米管均匀的分布于基材表面形成连续的导电薄膜，导电薄膜的厚度可以通过控制喷涂次数来调节。
具体的，在实施例中，喷涂基板的温度可以为但不限于80℃、81℃、82℃、83℃、84℃、85℃、86℃、87℃、88℃、89℃、90℃；喷涂间距可以为但不限于5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm。
本发明实施例还提供一种光伏电池，所述光伏电池包括由上述制备方法制得的透明导电薄膜。
本发明另一实施例还提供一种触控显示屏，所述触控显示屏包括由上述制备方法制得的透明导电薄膜。
为使本发明上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解，以及本发明实施例阵列型碳纳米管及其制备方法的进步性能显著的体现，以下通过多个实施例来举例说明上述技术方案。
实施例1
一种透明导电薄膜的制备方法，其包括如下制备步骤：
S1、将单壁碳纳米管放入等离子体表面处理仪中，设置等离子体表面处理仪的功率为200W，并通入气体流速为1O0mL/min的氨气，处理20min，得到由等离子体进行氨基化改性后的单壁碳纳米管；
S2、将改性后的单壁碳纳米管与水混合均匀，配制成质量浓度为0.1wt％的单壁碳纳米管水溶液；
S3、采用砂磨机对该单壁碳纳米管水溶液进行砂磨，砂磨机的锆珠为0.5mm，砂磨4.5h；
S4、将砂磨后的溶液放入均质机中进行均质，均质压力为2000bar，均质7次，得到初步分散的单壁碳纳米管溶液；
S5、将初步分散的单壁碳纳米管溶液加水稀释至浓度为25ppm，然后向稀释后的溶液中加入聚乙烯苯磺酸钠分散剂，接着采用高速搅拌机搅拌30min，得到单壁碳纳米管分散液；所述单壁碳纳米管和分散剂的质量比为1∶1。
S6、采用微孔过滤膜对上述的单壁碳纳米管分散液过滤3次，所述微孔过滤膜为水系过滤膜，所述微孔过滤膜的孔径为1μm，过滤后得到可用于喷墨打印的单壁碳纳米管墨水，所述单壁碳纳米管墨水的粘度为1-10cps；
S7、以透明玻璃作为透明基材，将玻璃在等离子体表面处理仪中进行等离子体表面处理30min，处理功率为150W，备用；
S8、将上述制得的单壁碳纳米管墨水灌入微电子喷墨打印机的墨盒中，然后采用微电子喷墨打印机将单壁碳纳米管墨水打印于经等离子体表面处理后的玻璃表面，在玻璃表面形成薄膜，其中，微电子喷墨打印机采用20μm的压电式喷头，喷涂基板温度为90℃，喷涂15次，喷涂间距为15μm。
S9、将打印有薄膜的玻璃放入鼓风干燥箱中，100℃对薄膜干燥1.5h；
S10、将干燥后的玻璃放入等离子体表面处理仪中，设置等离子体表面处理仪功率为75W，在氮气氛围中处理30min，得到单壁碳纳米管透明导电薄膜。
测得单壁碳纳米管透明导电薄膜的方块电阻在900Ω/sq，透光率为85％。
实施例2
一种透明导电薄膜的制备方法，其包括如下制备步骤：
S1、将单壁碳纳米管放入等离子体表面处理仪中，设置等离子体表面处理仪的功率为150W，并通入气体流速为100mL/min的氨气，处理20min，得到由等离子体进行氨基化改性后的单壁碳纳米管；
S2、将改性后的单壁碳纳米管与水混合均匀，配制成质量浓度为0.1wt％的单壁碳纳米管水溶液；
S3、采用砂磨机对该单壁碳纳米管水溶液进行砂磨，砂磨机的锆珠为0.4mm，砂磨5h；
S4、将砂磨后的溶液放入均质机中进行均质，均质压力为1000bar，均质7次，得到初步分散的单壁碳纳米管溶液；
S5、将初步分散的单壁碳纳米管溶液加水稀释至浓度为25ppm，然后向稀释后的溶液中加入聚乙烯苯磺酸钠分散剂，接着采用高速搅拌机搅拌30min，得到单壁碳纳米管分散液；所述单壁碳纳米管和分散剂的质量比为1∶2。
S6、采用微孔过滤膜对上述的单壁碳纳米管分散液过滤3次，所述微孔过滤膜为水系过滤膜，所述微孔过滤膜的孔径为2μm，过滤后得到可用于喷墨打印的单壁碳纳米管墨水，所述单壁碳纳米管墨水的粘度为1-10cps；
S7、以透明玻璃作为透明基材，将玻璃在等离子体表面处理仪中进行等离子体表面处理30min，处理功率为100W，备用；
S8、将上述制得的单壁碳纳米管墨水灌入微电子喷墨打印机的墨盒中，然后采用微电子喷墨打印机将单壁碳纳米管墨水打印于经等离子体表面处理后的玻璃表面，在玻璃表面形成薄膜，其中，微电子喷墨打印机采用20μm的压电式喷头，喷涂基板温度为80℃，喷涂15次，喷涂间距为15μm。
S9、将打印有薄膜的玻璃放入鼓风干燥箱中，90℃对薄膜干燥2h；
S10、将干燥后的玻璃放入等离子体表面处理仪中，设置等离子体表面处理仪功率为50W，在氮气氛围中处理30min，得到单壁碳纳米管透明导电薄膜。
测得单壁碳纳米管透明导电薄膜的方块电阻在985Ω/sq，透光率为83％。
实施例3
一种透明导电薄膜的制备方法，其包括如下制备步骤：
S1、将单壁碳纳米管放入等离子体表面处理仪中，设置等离子体表面处理仪的功率为250W，并通入气体流速为1O0mL/min的氨气，处理10min，得到由等离子体进行氨基化改性后的单壁碳纳米管；
S2、将改性后的单壁碳纳米管与水混合均匀，配制成质量浓度为0.1wt％的单壁碳纳米管水溶液；
S3、采用砂磨机对该单壁碳纳米管水溶液进行砂磨，砂磨机的锆珠为0.6mm，砂磨4h；
S4、将砂磨后的溶液放入均质机中进行均质，均质压力为1500bar，均质6次，得到初步分散的单壁碳纳米管溶液；
S5、将初步分散的单壁碳纳米管溶液加水稀释至浓度为50ppm，然后向稀释后的溶液中加入聚乙烯苯磺酸钠分散剂，接着采用高速搅拌机搅拌30min，得到单壁碳纳米管分散液；所述单壁碳纳米管和分散剂的质量比为1∶4。
S6、采用微孔过滤膜对上述的单壁碳纳米管分散液过滤3次，所述微孔过滤膜为水系过滤膜，所述微孔过滤膜的孔径为2μm，过滤后得到可用于喷墨打印的单壁碳纳米管墨水，所述单壁碳纳米管墨水的粘度为1-10cps；
S7、以透明玻璃作为透明基材，所述玻璃的透光率在95％以上，将玻璃在等离子体表面处理仪中进行等离子体表面处理30min，处理功率为125W，备用；
S8、将上述制得的单壁碳纳米管墨水灌入微电子喷墨打印机的墨盒中，然后采用微电子喷墨打印机将单壁碳纳米管墨水打印于经等离子体表面处理后的玻璃表面，在玻璃表面形成薄膜，其中，微电子喷墨打印机的采用20μm的压电式喷头，喷涂基板温度为85℃，喷涂15次，喷涂间距为15μm。
S9、将打印有薄膜的玻璃放入鼓风干燥箱中，120℃对薄膜干燥1h；
S10、将干燥后的玻璃放入等离子体表面处理仪中，设置等离子体表面处理仪功率为100W，在氮气氛围中处理30min，得到单壁碳纳米管透明导电薄膜。
测得单壁碳纳米管透明导电薄膜的方块电阻在953Ω/sq，透光率为84％。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于，实施例4中的分散剂为十二烷基苯磺酸钠。
测得单壁碳纳米管透明导电薄膜的方块电阻在996Ω/sq，透光率为83％。
实施例5
一种光伏电池，所述光伏电池包括实施例1的制备方法制得的透明导电薄膜。
实施例6
一种触控显示屏，所述触控显示屏包括实施例1制备方法制得的透明导电薄膜。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
步骤一、采用等离子体改性碳纳米管，对碳纳米管表面进行氨基化改性处理；
步骤二、将改性后的碳纳米管与水和分散剂混合均匀，配制成碳纳米管浓度为5-50ppm、粘度为1-10cps的碳纳米管墨水；
步骤三、采用等离子体改性透明基材，对透明基材表面进行亲水改性处理；
步骤四、采用微电子喷墨打印机将步骤三制得的碳纳米管墨水打印于经等离子体表面处理后的透明基材上，使透明基材上形成薄膜，对薄膜进行干燥处理，得到透明导电薄膜。
2.根据权利要求1所述一种透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括步骤五，将步骤四干燥后的透明导电薄膜放入等离子体表面处理仪中，并通入氮气进行处理。
3.根据权利要求1所述一种透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，等离子体改性碳纳米管的处理条件为：将碳纳米管放入等离子体表面处理仪中，向等离子体表面处理仪中通入氨气，设置功率为150-250W，处理时间为10-20min。
4.根据权利要求3所述一种透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，通入所述氨气的气流为1-100mL/min。
5.根据权利要求1所述一种透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤二包括如下操作：
先将改性后的碳纳米管与水混合配制成质量浓度为0.02-0.1wt％的溶液，然后对该溶液进行砂磨，接着将砂磨后的溶液放入均质机中进行均质，得到初步分散的碳纳米管溶液；
将初步分散的碳纳米管溶液稀释至5-50ppm，然后加入分散剂，并采用高速搅拌机搅拌10-30min，使碳纳米管在水溶液中均匀分散。
6.根据权利要求5所述一种透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管溶液在经过高速搅拌机搅拌后，采用微孔过滤膜进行过滤。
7.根据权利要求1所述一种透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种。
8.根据权利要求1所述一种透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，采用等离子体表面处理仪对透明基材进行等离子体处理，所述等离子体表面处理仪的功率为100-150W。
9.一种光伏电池，其特征在于，所述光伏电池包括由权利要求1-8任一项制备方法制得的透明导电薄膜。
10.一种触控显示屏，其特征在于，所述触控显示屏包括由权利要求1-8任一项制备方法制得的透明导电薄膜。
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| GR01 | Patent grant | ||
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