CN103762011B - 一种基于海藻酸钠的透明导电薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于海藻酸钠的柔性透明导电薄膜，属于透明导电膜技术领域。该技术将海藻酸钠与银纳米线复合后，经流延或涂覆方法制备得厚度5~50微米的海藻酸钠基的透明导电薄膜。该薄膜在可见光范围内透过率大于90%，550nm处光透过率为95.3~98.2%，方块电阻范围0.9~12kΩ/sq，抗拉强度≥72MPa，延伸率≥5%，具有良好的加工性能、可回收重复利用，是海洋生物质材料在电子工业中的新应用。

Description

一种基于海藻酸钠的透明导电薄膜及其制备方法

技术领域

本发明属于透明导电薄膜技术领域。

背景技术

近年来，电子工业与网络行业的迅猛发展，电子电器类产品逐渐向智能化、轻薄化发展。采用触摸屏实现人机对话成为主要的人工智能方式，因此触摸屏及其所用的透明导电膜的用量迅速扩大。触摸屏技术的发展，要求透明导电薄膜具备柔性、高透过率和低电阻方向发展，并具备一定的回收价值，以减少电子产品频繁换代造成的电子污染。

传统的透明导电薄膜为锡铟氧化物(ITO)，其中铟元素储量有限，价格昂贵。该薄膜多采用化学沉积方法，该方法对原材料、设备要求均较高，而且所制备的透明导电薄膜均为硬质膜，不能弯曲，不能适应未来柔性触摸屏的要求。

为达到柔性触摸屏的要求，有关柔性的透明导电薄膜的研究和创新较多。专利【201010135926.3】采用聚酰亚胺基底，利用磁控溅射方法在聚酰亚胺表面沉积一层纳米氧化锡铟，从而制得柔性透明导电膜，但由于氧化物的涂层本身质脆，弯曲性能有限。专利【200810030414.3】采用中频磁控溅射技术在柔性基材PET聚酯膜的一面依次连续形成二氧化钛层、二氧化硅层、铟锡氧化物层、锌铝氧化物层或锌镓氧化物层，该涂层与PET聚酯膜在高温下结合，柔韧性有所提高，但涂层复杂且电阻较高，实用价值一般。

海藻酸钠的生产与应用在全球处于起步阶段，海藻酸钠是存在于褐藻类中的一类天然多糖，是一种天然水溶性高分子，无毒、无刺激性，具有优良的生物相容性，可生物分解、吸收，柔韧性好，透气性佳，易加工成型、不污染环境等优点，而且其易回收降解，有利于重复利用。海藻酸钠被认为是最有发展前途的可生物降解的高分子材料之一，备受关注。

同时，纳米技术大大改变了人们对材料认识，纳米尺度的材料将会出现诸如小尺寸效应、量子效应、表面效应等不同于常规材料的特异性能。例如，当银涂层为25纳米或采用银纳米线制成的涂层可改变银涂层高反射的性能，轻松实现可见光透过率大于90%的特能，而且银或银纳米线涂层为软涂层，延展性能和弯曲性能十分优秀。

所以，如果利用海藻酸钠材料和银纳米线制成透明导电薄膜，则会具备高柔韧性、低电阻和高透过率、对人体和环境友好、易回收降解和易加工等特性，若该薄膜得以应用，必将成为柔性透明导电膜领域的升级产品，在电子工业领域中的应用前景十分光明。

发明内容

本发明提供一种基于海藻酸钠的透明导电薄膜及其制备技术，将海藻酸钠与银纳米线复合，制备得一种柔性透明导电薄膜，该薄膜具有高韧性、高可见透过率、低电阻、绿色环保等特性，应用于电子及信息类工业领域的应用。为实现上述目的本发明采用的技术方案为:

一种基于海藻酸钠的透明导电薄膜，所述透明导电薄膜中基体材料为海藻酸钠，其中分布有银纳米线所形成网格状结构，海藻酸钠质量分数为60~70%，银纳米线的质量分数为10~20%。

所述的基于海藻酸钠的透明导电薄膜的电导率为0.9~12kΩ/sq，抗拉强度≥72MPa，延伸率≥5%。

银纳米线直径分布于80~300nm范围内，且银纳米线在海藻酸钠基体中形成网络状结构。

一种基于海藻酸钠的透明导电薄膜的制备方法，其主要步骤包括：步骤一，将海藻酸钠分散于水溶液中，进行纯化和均匀化处理，配成粘稠状液体，脱泡处理；步骤二，将银纳米线悬浮液缓慢滴加入海藻酸钠水溶液中，加滴加边搅拌，同时滴加少量的PVP，促使银纳米线在海藻酸钠溶液中均匀分散，制成铸膜液；步骤三，采用流延或涂覆法将铸膜液成膜，真空干燥、静压定型后得透明导电薄膜。

选用海藻酸钠分子量分布于20万至500万之间，配成海藻酸钠水溶液的质量分数为2~5%，优选海藻酸钠分子量为50万左右，海藻酸钠水溶液质量分数为3%；银纳米线悬浮液浓度在0.1~1.1M，优先浓度为0.2M；PVP的浓度范围为0.01~0.1M。成膜后真空干燥温度为50~60℃，静压压力为2~5MPa。

本发明提供一种基于海藻酸钠的透明导电薄膜，当海藻酸钠水溶液质量分数为3%时，薄膜厚度为20微米时，透明导电膜的电导率为6.9kΩ/sq，抗拉强度75MPa，延伸率6.0%。

本发明通过海洋生物质材料—海藻酸钠与银纳米线的复合，制备得高韧性、高透过率、绿色环保的透明导电薄膜，该薄膜易加工、易回收，有望成为新型的柔性透明导电膜应用于柔性显示器件中。

附图说明

图1是本发明所述的海藻酸钠基体与银纳米线结构示意图；

图2是本发明所述的银纳米线的微观形貌观察图。

具体实施方式

本发明中，采用易加工和回收的海藻酸钠与高导电、高韧性的银纳米线的复合，实现了高韧性、高透过、低电阻的柔性透明导电薄膜的制备，该薄膜绿色环保，十分有益于电子产品更新换代过程中回收再利用。下面结合海藻酸钠基透明导电薄膜的具体制备过程对本发明作详细描述。

具体实施例1：称取分析纯级海澡酸钠3g，加入盛有100克蒸馏水的烧杯中，常温条件下，磁力搅拌24小时，可得粘稠状海藻酸钠水溶液；在氩气保护、磁力搅拌和冷凝回流条件下，油浴控制三口烧瓶中反应温度在160±5℃，加入10毫升乙二醇预热30分钟，然后快速加入5毫升(1M)的硝酸银:乙二醇溶液，再缓慢地在10分钟左右滴完10毫升(0.15M)PVP:乙二醇溶液。反应计时1小时。待反应液冷却至室温后，装入离心管中进行离心分离。使用母液体积数3倍的蒸馏水、3000转/分钟的转速下离心分离，移走上层清液，留下沉淀物。重复此操作3次，制得提纯后的银纳米线水溶液；将银纳米线的水溶液滴加入海藻酸钠的水溶液中，保持搅拌4小时后，取混合溶液采用2毫米的刮刀在玻璃或聚四氟乙烯板上成膜，再将薄膜置于60℃的真空干燥箱中干燥2小时，将薄膜与基体剥离并在3MPA压力下保持30秒，得到海藻酸钠基的透明导电薄膜。

Claims (5)

1.一种基于海藻酸钠的透明导电薄膜，其特点在于所述透明导电薄膜中基体材料为海藻酸钠，其中分布有银纳米线所形成网格状结构，海藻酸钠质量分数为60~70%，银纳米线的质量分数为10~20%。

2.如权利要求1所述的一种基于海藻酸钠的透明导电薄膜，基于海藻酸钠的透明导电薄膜的电导率为0.9~12kΩ/sq，抗拉强度≥72MPa，延伸率≥5%。

3.如权利要求1所述的一种基于海藻酸钠的透明导电薄膜，银纳米线直径分布于80~300nm范围内，且银纳米线在海藻酸钠基体中形成网络状结构。

4.一种基于海藻酸钠的透明导电薄膜的制备方法，其主要步骤包括：步骤一，将海藻酸钠分散于水溶液中，进行纯化和均匀化处理，配成粘稠状液体，脱泡处理；步骤二，将银纳米线悬浮液缓慢滴加入海藻酸钠水溶液中，加滴加边搅拌，同时滴加少量的PVP，促使银纳米线在海藻酸钠溶液中均匀分散，制成铸膜液；步骤三，采用流延或涂覆法将铸膜液成膜，真空干燥、静压定型后得透明导电薄膜。

5.如权利要求4所述一种基于海藻酸钠的透明导电薄膜的制备方法，采用海藻酸钠分子量在20万至500万之间，海藻酸钠的水溶液质量分数在2~5%，银纳米线悬浮液的浓度在0.1~1.1M，滴加PVP溶液的浓度范围为0.01~0.1M；成膜后真空干燥温度为50~60℃，静压压力为2~5MPa。