CN104217819A - 一种基于有机金属银盐的导电薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于有机金属银盐的导电薄膜的制备方法，具体步骤包括：将有机金属银盐、还原剂、稳定剂和溶剂按照机金属银盐：还原剂：稳定剂：溶剂的质量比为(0.8～1.5)：(1.43～3)：(0.05～0.2)：(5～10)配制成涂敷溶液；将涂敷溶液在基底上涂敷第一层膜，从而形成单层膜；将单层膜进行第一次后处理；将涂敷溶液在经过了第一次后处理的单层膜上涂敷第二层膜，从而形成双层膜；将双层膜进行第二次后处理。本发明还公开了一种有机金属银盐的导电薄膜，该导电薄膜具有非常平整的表面，粗糙度仅为6～7nm，电导率为5.14×10⁴～1.5×10⁵S/cm，可用于多种电子器件中。

Description

一种基于有机金属银盐的导电薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种导电薄膜及其制备方法，尤其涉及一种基于有机金属银盐的导电薄膜及其制备方法。

背景技术

在各种电子器件当中，电极材料是必不可少的组成部分，承担着输运电荷、传递信号的重要作用。在传统的工业应用中，金属是最常见的电极材料，其导电性高，性质稳定可靠，具有较好的机械加工特性，易于器件集成。在传统的工艺中，一般采用真空热蒸镀、磁控溅射、电子束蒸发等真空手段制备金属电极，但这些工艺需要维持真空环境，能耗较高，且薄膜沉积效率较低。

因此，通过简单而廉价的方法获得高质量的电极材料，是一个重要的课题，目前，已有多种基于溶液的导电材料和相应工艺被开发出来。最常见的导电溶液材料是基于纳米银颗粒和纳米石墨粉的导电油墨，如专利号分别为CN201410211618.2和CN201310673672.4的中国专利公开了利用银纳米颗粒和纳米石墨粉的导电性能，配合适当的助剂，实现了利用溶液法制备导电薄膜。另外，专利号分别为CN201310750555.3，CN201410100497.4和CN201410109348.4的中国专利公开了另一种方法，即使用导电的银纳米线的溶液，将其涂敷与基板上，实现导电薄膜。由于银纳米线所形成的导电薄膜往往存在许多空隙，因此具有透光性。在基于纳米银的改良方案中，如专利号分别为CN201410095379.9和CN201410070045.6的中国专利中所公开的，一般在纳米银线涂敷于基板后，将一层具有固化能力的聚合物覆盖于其上，待聚合物固化后，将聚合物剥离，从而纳米银线嵌入聚合物中，形成平整的导电薄膜，且纳米银线不易脱落，机械性能良好。

上述各种方案虽然有效地实现了在空气环境中使用溶液法制备导电薄膜，但一个比较大的问题是，它们所制备的导电薄膜表面粗糙度很大，导致薄膜的电导率较低，严重影响着薄膜以及电子器件的性能。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低、操作方便、有效的方法，以制备表面平整、高质量的导电薄膜。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于有机金属银盐的导电薄膜的制备方法，包括如下步骤：

第一步，将有机金属银盐、还原剂、稳定剂和溶剂按照机金属银盐：还原剂：稳定剂：溶剂的质量比为(0.8～1.5)：(1.43～3)：(0.05～0.2)：(5～10)配制成涂敷溶液；

第二步，将所述涂敷溶液通过涂敷技术在基底上涂敷第一层膜，从而形成单层膜；

第三步，将步骤二中的所述单层膜进行第一次后处理；

第四步，将所述涂敷溶液通过涂敷技术在经过了所述第一次后处理的所述单层膜上涂敷第二层膜，从而形成双层膜；

第五步，将步骤四中的所述双层膜进行第二次后处理。

进一步地，所述涂敷溶液是所述有机金属银盐、所述还原剂、所述稳定剂和所述溶剂在室温下磁力搅拌6～24h或水浴超声10～60分钟后形成的。

进一步地，所述有机金属银盐为醋酸银或癸酸银。

进一步地，所述还原剂为硼氢化物、胺类化合物和多元醇类中的一种或多种，较佳地，所述还原剂为乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺和乙二醇中的一种或多种。

进一步地，所述稳定剂为长链硫醇、胺类和脂肪酸中的一种或多种，较佳地，所述稳定剂为十二硫醇或油酸。

进一步地，步骤二和步骤四中的所述涂敷技术为喷墨打印、丝网印刷、滚筒转印、槽模涂敷(slot-die coating)、辊式涂布(roll coating)或旋涂。

进一步地，所述第一次后处理包括低温处理和高温处理，所述低温处理为步骤二中的所述单层膜在温度80℃～100℃下加热10～20分钟，所述高温处理为所述单层膜在温度180℃～200℃下加热30～50分钟，所述单层膜先经过所述低温处理，然后经过所述高温处理。

进一步地，所述第二次后处理包括低温处理和高温处理，所述低温处理为步骤四中的所述双层膜在温度80℃～100℃下加热10～20分钟，所述高温处理为所述双层膜在温度180℃～200℃下加热30～50分钟，所述双层膜先经过所述低温处理，然后经过所述高温处理。

进一步地，所述基底为石英衬底、硅衬底或玻璃衬底，也可以为耐高温的塑料基板，如高温PI、PEN基板等，在涂敷前所述基底分别经过去离子水、丙酮、乙醇超声清洗。

进一步地，所述第一次后处理和所述第二次后处理均在空气中进行。

进一步地，所述涂敷溶液的配制过程在空气中进行。

进一步地，所述第一层膜和所述第二层膜的涂敷过程均在空气中进行。

本发明的基于有机金属银盐的导电薄膜的制备方法中，在所述第一次后处理或第二次后处理之后，还可以使用紫外光退火、等离子体轰击、微波加热、离子溶液浸泡等方法，进一步促进薄膜中金属颗粒熔合，以进一步提高导电率。

本发明还提供了一种基于有机金属银盐的导电薄膜，所述导电薄膜采用上述任意一种方法制备，所述导电薄膜表面平整，表面粗糙度为6～7nm，电导率达到5.14×10⁴～1.5×10⁵S/cm。

本发明的基于有机金属银盐的导电薄膜及其方法具有以下有益效果：

(1)本发明制备的导电薄膜具有非常平整的表面，表面粗糙度仅为6～7nm，有利于电子器件的制备，提高电子器件性能。

(2)本发明采用二次涂敷方法，即在制备第一层导电薄膜的基础后，继续在其上利用相同的材料和工艺制备第二层导电薄膜，极大地提高的导电薄膜的导电性能，并取得了5.14×10⁴～1.5×10⁵S/cm的电导率，这是现有的溶液法难以达到的。

(3)本发明对涂敷的薄膜进行了后处理过程，低温处理主要使薄膜中各物质的缓慢反应，高温处理过程促使薄膜中金属颗粒的融合，因而有利于提高导电薄膜的导电性能。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的实施例1的基于有机金属银盐的导电薄膜的原子力显微镜图像。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

本实施例1提供了一种基于醋酸银的导电薄膜的制备方法，具体包括如下步骤：

第一步，将醋酸银、二乙醇胺、油酸和正丁醇按照醋酸银：二乙醇胺：油酸：正丁醇的质量比为1：1.43：0.1：8混合，并在室温下水浴超声10分钟；

第二步，将上述涂敷溶液通过旋涂方法在玻璃衬底上旋涂第一层膜，从而形成单层膜；

第三步，将步骤二中的单层膜进行第一次后处理，即先将单层膜在100℃下加热10分钟，然后将单层膜在180℃加热30分钟；

第四步，将第一步中配制的涂敷溶液通过旋涂方法在经过了第一次后处理的单层膜上旋涂第二层膜，从而形成双层膜；

第五步，将步骤四中的双层膜进行第二次后处理，即先将双层膜在100℃下加热10分钟，然后将双层膜在180℃加热30分钟。

本实施例中所使用的玻璃衬底在旋涂前分别经过去离子水、丙酮、乙醇超声清洗干净。

本实施例中的涂敷溶液的配制过程、第一次后处理、第二次后处理、第一层膜和第二层膜的旋涂过程均在空气中进行。

图1为本实施例的上述制备方法制得的基于有机金属银的导电薄膜的原子力显微镜图像，从图中可以看到，本实施例中的导电薄膜由很多金属颗粒熔合而成，其表面粗糙度为6.757nm，说明表面非常平整，可以应用于多种电子器件中。

本实施例中，单层膜的膜厚为36.7nm，方块电阻为5.28ohm/sq，电导率为5.14×10⁴S/cm，双层膜的厚度为50.7nm，方块电阻为1.82ohm/sq，电导率为1.07×10⁵S/cm，说明在第一层膜的基础上再旋涂一层膜后，电导率得到明显的提高。

实施例2：

本实施例2提供了一种基于醋酸银的导电薄膜的制备方法，具体包括如下步骤：

第一步，将醋酸银、二乙醇胺、油酸和正丁醇按照醋酸银：二乙醇胺：油酸：正丁醇的质量比为0.8：1.5：0.05：5混合，并在室温下水浴超声60分钟后制成涂敷溶液；

第二步，将上述涂敷溶液通过旋涂方法在石英衬底上旋涂第一层膜，从而形成单层膜；

第三步，将步骤二中的单层膜进行第一次后处理，即先将单层膜在80℃下加热20分钟，然后将单层膜在200℃加热50分钟；

第四步，将第一步中配制的涂敷溶液通过旋涂方法在经过了第一次后处理的单层膜上旋涂第二层膜，从而形成双层膜；

第五步，将步骤四中的双层膜进行第二次后处理，即先将双层膜在80℃下加热20分钟，然后将双层膜在200℃加热50分钟。

本实施例中所使用的石英衬底在旋涂前分别经过去离子水、丙酮、乙醇超声清洗干净。

本实施例中的涂敷溶液的配制过程、第一次后处理、第二次后处理、第一层膜和第二层膜的旋涂过程均在空气中进行。

本实施例制备的基于醋酸银的导电薄膜具有非常平整的表面，薄膜粗糙度仅为7nm，电导率高达1.2×10⁵S/cm。

实施例3：

本实施例3提供了一种基于醋酸银的导电薄膜的制备方法，具体包括如下步骤：

第一步，将醋酸银、二乙醇胺、油酸和正丁醇按照醋酸银：二乙醇胺：油酸：正丁醇的质量比为1.5：3：0.2：10混合，并在室温下磁力搅拌24h后制成涂敷溶液；

第二步，将上述涂敷溶液通过旋涂方法在硅衬底上旋涂第一层膜，从而形成单层膜；

第三步，将步骤二中的单层膜进行第一次后处理，即先将单层膜在90℃下加热15分钟，然后将单层膜在190℃加热40分钟；

第四步，将第一步中配制的涂敷溶液通过旋涂方法在经过了第一次后处理的单层膜上旋涂第二层膜，从而形成双层膜；

第五步，将步骤四中的双层膜进行第二次后处理，即先将双层膜在90℃下加热15分钟，然后将双层膜在190℃加热40分钟。

本实施例中所使用的硅衬底在旋涂前分别经过去离子水、丙酮、乙醇超声清洗干净。

本实施例中的涂敷溶液的配制过程、第一次后处理、第二次后处理、第一层膜和第二层膜的旋涂过程均在空气中进行。

本实施例制备的基于醋酸银的导电薄膜具有非常平整的表面，薄膜粗糙度仅为6nm，电导率高达1.5×10⁵S/cm。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。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作出诸多修改和变化。因此，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技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于有机金属银盐的导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，将有机金属银盐、还原剂、稳定剂和溶剂按照机金属银盐：还原剂：稳定剂：溶剂的质量比为(0.8～1.5)：(1.43～3)：(0.05～0.2)：(5～10)配制成涂敷溶液；

第二步，将所述涂敷溶液通过涂敷技术在基底上涂敷第一层膜，从而形成单层膜；

第三步，将步骤二中的所述单层膜进行第一次后处理；

第四步，将所述涂敷溶液通过涂敷技术在经过了所述第一次后处理的所述单层膜上涂敷第二层膜，从而形成双层膜；

第五步，将步骤四中的所述双层膜进行第二次后处理。

2.如权利要求1所述的基于有机金属银盐的导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述涂敷溶液是所述有机金属银盐、所述还原剂、所述稳定剂和所述溶剂在室温下磁力搅拌6～24h或水浴超声10～60分钟后形成的。

3.如权利要求1所述的基于有机金属银盐的导电薄膜的制备方法，所述有机金属银盐为醋酸银或癸酸银。

4.如权利要求1所述的基于有机金属银盐的导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述还原剂为硼氢化物、胺类化合物和多元醇类中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的基于有机金属银盐的导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述稳定剂为长链硫醇、胺类和脂肪酸中的一种或多种。

6.如权利要求1所述的基于有机金属银盐的导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述第一次后处理包括低温处理和高温处理，所述低温处理为所述步骤二中的所述单层膜在温度80℃～100℃下加热10～20分钟，所述高温处理为所述单层膜在温度180℃～200℃下加热30～50分钟，所述单层膜先经过所述低温处理，然后经过所述高温处理。

7.如权利要求1所述的基于有机金属银盐的导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述第二次后处理包括低温处理和高温处理，所述低温处理为所述步骤四中的所述双层膜在温度80℃～100℃下加热10～20分钟，所述高温处理为所述双层膜在温度180℃～200℃下加热30～50分钟，所述双层膜先经过所述低温处理，然后经过所述高温处理。

8.如权利要求1所述的基于有机金属银盐的导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述涂敷溶液的配制过程、所述第一次后处理、所述第二次后处理、所述第一层膜和所述第二层膜的涂敷过程均在空气中进行。

9.一种如权利要求1～8中任意一项所述的方法制备的基于有机金属银盐的导电薄膜，其特征在于，所述基于有机金属银盐的导电薄膜的粗糙度为6～7nm。

10.如权利要求9所述的基于有机金属银盐的导电薄膜，其特征在于，所述基于有机金属银盐的导电薄膜的电导率为5.14×10⁴～1.5×10⁵S/cm。