CN104217788A - 一种基于银纳米线的透明导电薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于银纳米线的透明导电薄膜及其制备方法，透明导电薄膜包括基材、纤维素载体层和银纳米线导电层，所述纤维素载体层粘附在基材和银纳米线导电层之间。薄膜的制备方法为，先将基材清洁干燥，再将溶解后的纤维素涂布在干净干燥的基材上，烘干后形成纤维素载体层，最后将银纳米线分散液均匀涂布在纤维素载体层的表面，烘干即可。本发明透明薄膜透明性和导电性好，制备方法简单，可操作性强。

Description

一种基于银纳米线的透明导电薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及透明导电薄膜领域，尤其涉及一种基于银纳米线的透明导电薄膜及其制备方法。

背景技术

透明导电薄膜具有良好的光学透明性和表面导电性，被广泛应用于触摸屏、显示器和太阳能电池等产品中。

一种比较简便的制备透明导电薄膜的方法，是将银纳米线分散在溶剂中，再通过旋涂、滴涂、刮涂、喷涂、丝网印刷等方式沉积到衬底上，然后干燥。这种方法虽然比较简单，但是由于银纳米线与基材之间的粘附力很弱，极易造成银纳米线的剥落。另外，由于银纳米线分散液的粘度通常很低，涂层以后，银纳米线的二次流动容易造成大面积的不均匀性和团聚，影响整体形貌和性能。

向银纳米线分散液中掺入有机高聚物，虽然能增加分散液的粘度，有助于银纳米线的悬浮分散，增强银纳米线对衬底的粘附力，但是大多数高聚物不导电，而且不能低温分解。申请号为201110246770和201080031215.X的中国专利将银纳米线分别分散在聚乙烯醇和纤维素酯聚合物中，涂布在基材表面，虽然解决了银纳米线与衬底粘附性差的问题，但是没有分解的聚合物易阻碍银纳米线彼此间的接触，对膜的导电性存在一定影响。

申请号为201110067112.5的中国专利将亲水性透明树脂涂布在基材上，干燥之后将其浸泡于纳米银线的分散液中，热压该亲水性树脂，让这些纳米银线进入该亲水性透明树脂中。该方法虽然能解决银纳米线与基材的粘附问题，同时保证多数银纳米线裸露在树脂表面，但是透明树脂对银纳米线的吸附过程比较缓慢，需要经过多次浸泡，工艺复杂，而且长时间的浸泡，可能会破坏树脂层。申请号为200910112925.4的专利先在PMMA基片上铺设一层粘附层，再将滤膜上的银纳米线网络转印到粘附层表面，得到的导电薄膜方阻为130 Ohm/Square时，透光率为84%。该方法虽然解决了银纳米线容易脱落的难题，但是转印过程增加了工作的难度和复杂性。

发明内容

解决的技术问题：针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种基于银纳米线的透明导电薄膜，所得透明导电薄膜的透明度达到85%时，其方阻可低至52 Ohm/Square。

本发明的另一个目的在于提供一种基于银纳米线的透明导电薄膜的制备方法，工艺简单，可操作性强。

技术方案：为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种基于银纳米线的透明导电薄膜，包括基材、纤维素载体层和银纳米线导电层，所述纤维素载体层粘附在基材和银纳米线导电层之间。

作为优选的是，所述基材的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚丙烯或玻璃中的一种。

作为优选的是，所述纤维素载体层的材料为乙基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、高取代羟丙基纤维素中一种或多种。

作为优选的是，所述银纳米导电层的银纳米线直径在20-80纳米，长度在1-20微米。

一种基于银纳米线的透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：

第一步，基材的准备：将基材清洗并烘干，备用；

第二步，纤维素载体层的制备：将纤维素溶解后以旋涂或涂布的方式在清洁干燥的基材上涂膜，干燥后形成纤维素载体层；

第三步，银纳米线导电层的制备：将银纳米线分散在溶剂中形成银纳米线分散液，采取手动涂布或者自动涂膜机，将银纳米线分散液均匀涂布在纤维素载体层的表面，烘干后即得到银纳米线导电层，完成透明导电薄膜的制备。

作为优选的是，一种基于银纳米线的透明导电薄膜的制备方法的第三步是将银纳米线分散液滴从纤维素载体层的一端匀速涂开到另一端，干燥后，以相同的方式在与前次涂布垂直的方向再次涂布，干燥; 可纵横涂布至少各一次。

作为优选的是，一种基于银纳米线的透明导电薄膜的制备方法的第三步的溶剂对纤维素载体层的材料具有溶解或溶胀作用。

作为优选的是，一种基于银纳米线的透明导电薄膜的制备方法的第三步的溶剂为无水乙醇、异丙醇、甲醇、丙二醇甲醚、水中的一种或多种。

有益效果

本发明所得的透明导电薄膜结构简单，具有较高的透光性和较高的导电性，并且可以用在需要弯曲的电子装置上。制备该透明导电薄膜方法快速简洁，将成膜性较好的纤维素涂布在基材表面形成纤维素载体层，干燥后再在纤维素载体层的表面上刮涂银纳米线分散液形成银纳米线导电层，通过多次刮涂，得到连续的、纵横交错的银纳米线网络，分散均匀，稳定性好。

附图说明

图1 银纳米线的透射电子显微镜图和扫描电子显微镜图，其中a图为放大12000倍的透射电子显微镜图片，b图为放大20000倍的扫描电子显微镜图片，银纳米线的直径在20-80纳米之间，长度在1-20微米之间；

图2 透明导电薄膜的结构图，其中，1为基材，2为纤维素载体层，3为银纳米线导电层；

图3 透明导电薄膜的制备流程，图a代表横向涂布，图b代表纵向涂布，图c为涂布完成的结构，其中，1为基材，2代表纤维素载体层，31为横向涂布形成的银纳米线导电层，32为纵向涂布形成的银纳米线导电层；

图4 为实施例1至实施例3得到的不同导电薄膜在可见光范围内的透光性；

图5为透明导电薄膜的SEM图片，其中a为按照实施例1制备的透明导电薄膜，b为按照实施例2制备的透明导电薄膜，c为按照实施例3制备的透明导电薄膜。

具体实施方式

下面的实施例可使本专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

如图1所示，一种基于银纳米线的透明导电薄膜，包括基材1， 纤维素载体层2和银纳米线导电层3，所述纤维素载体层2粘附在基材1和银纳米线导电层3之间，其中银纳米线导电层3所采用的材料为直径为80纳米，长度为20微米银纳米线。

实施例1

通过下列具体步骤完成所述透明导电薄膜的制备：

第一步，基材1的准备：选用材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为基材1，先后用无水乙醇、丙酮、异丙醇分别超声清洗5分钟，80℃烘干；

第二步，乙基纤维素载体层2的制备：取0.2ml的质量分数为5%的乙基纤维素的无水乙醇溶液，以转速为90r/min旋涂3s，500r/min旋涂10s在7×7cm²的材料为PET的基材1上，再在150℃下干燥10min形成乙基纤维素载体层2；

第三步，银纳米线导电层3的制备：取质量分数为0.2%银纳米线的无水乙醇分散液，滴在乙基纤维素载体层2的一端，用抛过光的不锈钢圆棒匀速刮开，50℃干燥，再以同样的方式在与前次刮涂垂直的方向刮涂1次，50℃下烘干得到的透明导电薄膜，经测定透明导电薄膜的透光率（550nm）为89%时，方阻为106 Ohm/Square。

实施例2

 通过下列具体步骤完成所述透明导电薄膜的制备：

第一步，基材1的准备：选用材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为基材1，先后用无水乙醇、丙酮、异丙醇分别超声清洗5分钟，80℃烘干；

第二步，乙基纤维素载体层2的制备：取0.2ml的质量分数5%的乙基纤维素的无水乙醇溶液，以转速为90r/min旋涂3s，500r/min旋涂10s在7×7cm²的材料为PET的基材1上，再在150℃下干燥10min形成乙基纤维素载体层2；

第三步，银纳米线导电层3的制备：取质量分数为适量0.5%银纳米线的无水乙醇分散液，滴在乙基纤维素载体层2的一端，用抛过光的不锈钢圆棒匀速刮开，50℃干燥，再以同样的方式在与前次刮涂垂直的方向刮涂1次，50℃下烘干得到的透明导电薄膜，经测定透明导电薄膜的透光率透光率（550nm）为84%时，方阻为59 Ohm/Square。

实施例3

 通过下列具体步骤完成所述透明导电薄膜的制备：

第一步，基材1的准备：选用材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为基材1，先后用无水乙醇、丙酮、异丙醇分别超声清洗5分钟，80℃烘干；

第二步，乙基纤维素载体层2的制备：取0.5ml的质量分数为5%的乙基纤维素的无水乙醇溶液，以转速为90r/min旋涂3s，500r/min旋涂10s在7×7cm²的材料为PET的基材1上，再在150℃下干燥10min，形成乙基纤维素载体层2；

第三步，银纳米线导电层3的制备：取质量分数1.0%银纳米线的无水乙醇分散液，滴在乙基纤维素载体层2的一端，用抛过光的不锈钢圆棒匀速刮开，50℃干燥。再以同样的方式在与前次刮涂垂直的方向刮涂1次，50℃下烘干得到的透明导电薄膜，经测定透明导电薄膜的透光率（550nm）为80%时，方阻为31 Ohm/Square。

实施例4

通过下列具体步骤完成所述透明导电薄膜的制备：

第一步，基材1的准备：选用材料为玻璃作为基材1，先后用无水乙醇、丙酮、异丙醇分别超声清洗5分钟，80℃烘干；

第二步，羧甲基纤维素载体层2的制备：取0.5ml的质量分数为2%的羧甲基纤维素的水溶液，以转速为90r/min旋涂3s，300r/min旋涂10s在7×7cm²的材料为玻璃的基材1上，再在150℃下干燥10min，形成羧甲基纤维素载体层2；

第三步，银纳米线导电层3的制备：取质量分数为0.5%银纳米线的水分散液，滴在羧甲基纤维素载体层2一端，用抛过光的不锈钢圆棒匀速刮开，70℃干燥，再以同样的方式在与前次刮涂垂直的方向刮涂1次，70℃下烘干得到的透明导电薄膜，经测定透明导电薄膜的透光率（550nm）为85%时，方阻为52 Ohm/Square。

 

实施例5

第一步，基材1的准备：选用玻璃片作为基材1，先后用无水乙醇、丙酮、异丙醇分别超声清洗5分钟，80℃烘干；

第二步，羟乙基纤维素载体层2的制备：取0.5ml的质量分数为2%的羟乙基纤维素的水溶液，以转速为90r/min旋涂3s，300r/min旋涂10s在7×7cm²的材料为玻璃的基材1上，再在150℃下干燥10min，形成羟乙基纤维素载体层2；

第三步，银纳米线导电层3的制备：取质量分数为0.5%银纳米线的水分散液，滴在羟乙基纤维素载体层2一端，用抛过光的不锈钢圆棒匀速刮开，70℃干燥，再以同样的方式在与前次刮涂垂直的方向刮涂1次，70℃下烘干得到的透明导电薄膜，经测定透明导电薄膜的透光率（550nm）为83%时，方阻为49 Ohm/Square。 

从实施例1至实施例5制的透明薄膜的数据可以看出，本发明制备方法简单、易行，所得薄膜的透光率高，方阻小，相对于现有的透光率为84%方阻为130 Ohm/Square的薄膜性能得到大大的提高。 实施例2、实施例4和实施例5选用相同质量分数的银纳米线分散液，通过改变纤维素载体层的材料完成薄膜的制备，从实验结果可以看出，采用不同种类的纤维素作载体层，都能得到透光性和导电性优良的透明导电薄膜。

Claims (8)

1.一种基于银纳米线的透明导电薄膜，包括基材（1）、纤维素载体层（2）和银纳米线导电层（3），其特征在于：所述纤维素载体层（2）粘附在基材（1）和银纳米线导电层（3）之间。

2.根据权利要求1所述一种基于银纳米线的透明导电薄膜，其特征在于：所述基材（1）的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚丙烯或玻璃中的一种。

3.根据权利要求1所述一种基于银纳米线的透明导电薄膜，其特征在于：所述纤维素载体层（2）的材料为乙基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、高取代羟丙基纤维素中一种或多种。

4.根据权利要求1所述一种基于银纳米线的透明导电薄膜，其特征在于：所述银纳米线导电层（3）的银纳米线直径为20-80纳米，长度在1-20微米。

5.权利要求1所述一种基于银纳米线的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，基材（1）的准备：将基材（1）清洗并烘干，备用；

第二步，纤维素载体层（2）的制备：将纤维素溶解后以旋涂或涂布的方式在清洁干燥的基材（1）上涂膜，干燥后形成纤维素载体层（2）；

第三步，银纳米线导电层（3）的制备：将银纳米线分散在溶剂中形成银纳米线分散液，采取手动涂布或者自动涂膜机，将银纳米线分散液均匀涂布在纤维素载体层（2）的表面，烘干后即得到银纳米线导电层（3），完成透明导电薄膜的制备。

6.根据权利要求5所述一种基于银纳米线的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述第三步是将银纳米线分散液从纤维素载体层（2）的一端匀速涂开到另一端，干燥后，以相同的方式在与前次涂布垂直的方向再次涂布，干燥；可纵横涂布至少各一次。

7.根据权利要求5所述一种基于银纳米线的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述第三步中的溶剂对纤维素载体层（2）的材料具有溶解或溶胀作用。

8.根据权利要求7所述一种基于银纳米线的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述溶剂为无水乙醇、异丙醇、甲醇、丙二醇甲醚、水中的一种或多种。