CN104299723A - 一种高性能金属纳米线透明导电薄膜的制备方法 - Google Patents

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王可
冉云霞
季书林
叶长辉
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Abstract

本发明公开了一种高性能金属纳米线透明导电薄膜的制备方法。本发明方法不需要昂贵的实验设备，在使用臭氧等离子刻蚀机进行表面亲水化处理后，刮涂在实现透明导电薄膜的制备，刮涂完成后用快速干燥，然后经一定处理提高薄膜导电性、涂覆保护层提高薄膜稳定性后就实现了高导电性、高透过率、高稳定性、低雾度的金属纳米线透明导电薄膜的制备。本发明方法操作简单，成本低，可用于大规模生产。

Description

一种高性能金属纳米线透明导电薄膜的制备方法
技术领域
    本发明涉及一种透明导电薄膜的制备方法，具体涉及一种高性能金属纳米线透明导电薄膜的制备方法。　　 
背景技术
    具有高导电性高透过率的薄膜是很多现代化设备的关键，例如触摸屏，电子纸，有机发光二极管（OLED），液晶显示器（LCD），太阳能电池等。对于太阳能电池来说，透明导电薄膜用于光阳极来收集吸收层离散的载流子，而在有机发光二极管（OLED）中，它主要用于注入载流子。这些器件的性能在逐步提高，从而扩大了透明导电薄膜的工业需求。因此很多科研工作者正致力于采用各种方法制备透明导电薄膜，并且也取得了一定进展，制备出了各种透明导电薄膜，例如氧化铟锡（ITO）、掺氟氧化锡（FTO），掺铝氧化锌（AZO）等。其中应用最广泛的是氧化铟锡（ITO）。下一代光电薄膜需要具备柔性，廉价，并可以大面积制备的特性。而上述透明导电薄膜有脆性，不适用于制备柔性器件，并且价格昂贵。寻找新的透明导电材料已成为必然。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能金属纳米线透明导电薄膜的制备方法。本发明使用刮涂的方法，通过控制刮涂金属纳米线胶体的条件，并附加后处理，制备得到高导电性、高透过率、高稳定性、低雾度的透明导电薄膜，且操作简单，成本低，可用于大规模生产。 
为实现上述目的，本发明采用技术方案如下： 
    一种高性能金属纳米线透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
    （1）表面亲水处理：将衬底放入臭氧等离子刻蚀机，在25-90℃的条件下表面处理20-30分钟；
    （2）刮涂：使用3M胶带将亲水面向上的衬底固定在钢化薄膜板上，用刮涂的方法，将配置好的金属纳米线胶体滴在薄膜上，然后用玻璃棒在薄膜表面来回刮涂几次后，将衬底表面快速干燥；
    （3）重复步骤（2）多次；
（4）热处理提高薄膜导电性：步骤（3）中样品在加热板上180-200℃热处理10-15分钟； 
（5)涂覆聚乙烯醇保护层提高薄膜稳定性：取 0.125g聚乙烯醇溶于 50ml水中，80-90℃搅拌均匀后用涂覆在步骤（4）中得到的薄膜上。
所述步骤（1）中的衬底可以是刚性或者柔性，包括各种玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸类塑料、聚乙烯、各种型号的硅胶、各种纸、各种布等。 
所述步骤（2）中的金属纳米线包括银纳米线、金纳米线、铜纳米线，也包括与此类似的其他金属纳米线。 
所述步骤（2）中的刮涂包括手工刮涂或者使用刮涂仪器进行刮涂。 
所述步骤（2）刮涂过程中，金属纳米线胶体可以始终处于超声状态，也可以先超声分散，刮涂时停止超声。 
所述步骤（2）中的快速干燥包括用吹风机吹干，用风扇吹干，用加热器蒸干等。 
所述步骤（4）中提高薄膜导电性的方法，除热处理法外，还包括沉积金属颗粒法，激光纳米焊接法，PEDOT低温焊接法，压力法，等离子焊接法等。 
所述步骤（5）中提高薄膜稳定性的方法，涂覆的物质除聚乙烯醇外，还包括石墨烯、二氧化钛、硅胶、氧化物纳米材料等。 
所述步骤（5）中的涂覆方法包括喷涂、旋涂、刮涂等。 
所述步骤（5）喷涂过程中，衬底可以加热也可以不加热，加热温度也可以根据衬底本身性质来定。 
 本发明有益效果： 
 本发明使用刮涂的方法，通过控制刮涂条件，并进行简单后处理，可制备得到高导电性、高透过率、高稳定性、低雾度的透明导电薄膜。本发明方法操作简单，成本低，可用于大规模生产。
附图说明
图1为本发明高性能金属纳米线透明导电薄膜的制备过程示意图。 
图2为实施例1制得的银纳米线透明导电薄膜薄膜的光学显微镜图片。其中，上图为不超声处理，下图为超声处理，证明了超声有助于银纳米线的分散。 
图3为实施例1制得的银纳米线透明导电薄膜的光学性质图，由图可知，该银纳米线透明导电薄膜具有高透过率、低雾度的特点。 
具体实施方式
    下面结合具体实施例对本发明进行详细的说明。 
    1、表面亲水处理：将清洁玻璃放入臭氧等离子刻蚀机，在90℃的条件下表面处理30分钟； 
    2、刮涂：使用3M胶带亲水面向上的玻璃固定在钢化薄膜板上。用刮涂的方法，将配置好的0.35mg/ml的银纳米线胶体（3.5mg银纳米线分散于10毫升无水乙醇中）滴在薄膜上，然后用玻璃棒在薄膜表面来回刮涂几次后，将衬底表面用吹风机吹干；
    3、重复步骤2七次，总共刮涂8层银纳米线薄膜。
    4、热处理提高薄膜导电性：步骤3中样品在加热板上200℃热处理10分钟； 
5、以聚乙烯醇（PVA）为例，喷涂聚乙烯醇（PVA）提高薄膜稳定性：取 0.125g聚乙烯醇（PVA）溶于 50ml水中，90℃搅拌均匀后用喷涂喷涂在步骤4中得到的薄膜上。喷涂过程中样品在放在180℃的加热板上。喷涂压强0.2MPa，喷笔距离衬底距离20厘米。
表1:PVA保护前后银纳米线透明导电薄膜的胶带黏贴测试 
由上表可知，PVA保护后可以提高银纳米线透明导电薄膜的稳定性。

Claims (10)

1.一种高性能金属纳米线透明导电薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
    （1）表面亲水处理：将衬底放入臭氧等离子刻蚀机，在25-90℃的条件下表面处理20-30分钟；
    （2）刮涂：使用3M胶带将亲水面向上的衬底固定在钢化薄膜板上，用刮涂的方法，将配置好的金属纳米线胶体滴在薄膜上，然后用玻璃棒在薄膜表面来回刮涂几次后，将衬底表面快速干燥；
    （3）重复步骤（2）多次；
（4）热处理提高薄膜导电性：步骤（3）中样品在加热板上180-200℃热处理10-15分钟； 
（5)涂覆聚乙烯醇保护层提高薄膜稳定性：取 0.125g聚乙烯醇溶于 50ml水中，80-90℃搅拌均匀后用涂覆在步骤（4）中得到的薄膜上。
2.根据权利要求1所述的高性能金属纳米线透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的衬底可以是刚性或者柔性，包括各种玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸类塑料、聚乙烯、各种型号的硅胶、各种纸、各种布等。
3.根据权利要求1所述的高性能金属纳米线透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的金属纳米线包括银纳米线、金纳米线、铜纳米线，也包括与此类似的其他金属纳米线。
4.根据权利要求1所述的高性能金属纳米线透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的刮涂包括手工刮涂或者使用刮涂仪器进行刮涂。
5.根据权利要求1所述的高性能金属纳米线透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）刮涂过程中，金属纳米线胶体可以始终处于超声状态，也可以先超声分散，刮涂时停止超声。
6.根据权利要求1所述的高性能金属纳米线透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的快速干燥包括用吹风机吹干，用风扇吹干，用加热器蒸干等。
7.根据权利要求1所述的高性能金属纳米线透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中提高薄膜导电性的方法，除热处理法外，还包括沉积金属颗粒法，激光纳米焊接法，PEDOT低温焊接法，压力法，等离子焊接法等。
8.根据权利要求1所述的高性能金属纳米线透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中提高薄膜稳定性的方法，涂覆的物质除聚乙烯醇外，还包括石墨烯、二氧化钛、硅胶、氧化物纳米材料等。
9.根据权利要求1所述的高性能金属纳米线透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中的涂覆方法包括喷涂、旋涂、刮涂等。
10.根据权利要求1所述的高性能金属纳米线透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）喷涂过程中，衬底可以加热也可以不加热，加热温度也可以根据衬底本身性质来定。
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