CN104485177B - 一种摩擦制备柔性透明导电膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种摩擦制备柔性透明导电膜的方法，该方法将聚乙烯膜或者聚氯乙烯膜平铺在基板上，再将纳米石墨粉按0.005～0.02毫克/平方厘米均匀铺在聚乙烯或者聚氯乙烯膜上，然后将纳米石墨粉在聚乙烯膜或者聚氯乙烯膜上借助基板进行摩擦，使纳米石墨粉在聚乙烯膜或者聚氯乙烯膜表面形成的微导电沟道，得到柔性、透明的导电膜。本发明具有工艺周期短，实施便捷的特点。产品与目前市场上的透明导电ITO玻璃相比，表现出良好的柔韧性以及较低的成本。
Description
技术领域
本发明属于柔性透明导电膜的制备方法及工艺领域，更具体的，涉及一种摩擦制备柔性透明导电膜的方法。
背景技术
透明导电膜是一种十分重要的光电材料，应用领域广泛，市场潜力巨大。随着目前柔性太阳能电池、柔性LED、触摸显示屏、印刷电子学、生物集成光电子器件、仿生光电子器件等柔性光电子学相关领域的快速发展，研究开发新型的适合批量化制造的低成本柔性透明导电膜成为一项急待取得突破的重要课题。目前，常见的透明导电材料主要包括以ITO为代表的导电玻璃和以氧化锌为主材的透明导电薄膜，但它们制备工艺复杂，且不能弯曲，在实际应用中有一定局限；正在开发的新型透明导电材料则包括本征导电聚合物膜、单壁碳纳米管薄膜、石墨烯薄膜等，但它们成本高且制备过程复杂，难以实现批量化生产。
因此，开发新型工艺来制备具有良好柔韧性的成本低柔性透明导电膜具有重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简易的制备柔性透明导电膜的摩擦方法，该方法不需要复杂的工艺步骤以及繁多的辅助材料，仅需要一步摩擦即可制备出柔性透明导电膜，与目前常见的制备方法相比，具有极其优异的工艺便利性。
本发明提供的摩擦制备柔性透明导电膜的方法，该方法将聚乙烯膜或者聚氯乙烯膜平铺在基板上，再将纳米石墨粉按0.005～0.02毫克/平方厘米均匀铺在聚乙烯或者聚氯乙烯膜上，然后将纳米石墨粉在聚乙烯膜或者聚氯乙烯膜上借助基板进行摩擦，使纳米石墨粉在聚乙烯膜或者聚氯乙烯膜表面形成的微导电沟道，得到柔性、透明的导电膜。
作为上述技术方案的改进，摩擦的压力优选为0.2～0.6MPa，在200～300转/分钟的转速下摩擦20～40秒，摩擦半径大于等于0.5厘米；纳米石墨粉的粒径优选为40纳米～400纳米；所述基板优选为玻璃片或者硅片。
本发明所制备的导电膜的导电机制在于由纳米石墨粉在聚乙烯表面形成的微导电沟道的导电作用，并且导电膜具有良好的柔韧性、透明性和表面稳定性，还具有成本低的特点。
本发明的有益效果是：通过简单易行的摩擦工艺步骤，可以制备出一种具有高透光率的导电纳米石墨/聚乙烯复合膜，与目前的制备工艺相比，该技术具有简单易行的制备工艺、极短的工艺周期、以及较低的成本。
附图说明
图1(a)、图1(b)和图1(c)分别为实例1到3所制备的柔性透明导电膜的光学显微形貌。
具体实施方式
下面通过借助实施例更加详细地说明本发明，但以下实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。
本发明实例提供的一种摩擦制备柔性透明导电膜的方法，其具体实施步骤为：
(一)配料：裁剪聚乙烯膜或者聚氯乙烯膜，并按0.005～0.02毫克/平方厘米称取纳米石墨粉。
纳米石墨粉的粒径优选为40～400纳米。
(二)工艺准备：将裁剪后的聚乙烯膜或者聚氯乙烯膜平铺于基板上作为目标基底层；将所述石墨粉均匀平铺在聚乙烯或者聚氯乙烯膜上。
基板优选玻璃片或者硅片。
(三)摩擦：将纳米石墨粉在作为目标基底层的聚乙烯膜或者聚氯乙烯膜上借助基板进行摩擦，获得纳米石墨/聚乙烯复合膜或者纳米石墨/聚氯乙烯的复合膜，使纳米石墨粉在聚乙烯膜或者聚氯乙烯膜表面形成的微导电沟道，
摩擦的压力为0.2～0.6MPa，在200～300转/分钟的转速下摩擦20～40秒，摩擦半径大于等于0.5厘米。
(四)成型：剪下(三)中纳米石墨/聚乙烯膜或者纳米石墨/聚氯乙烯复合膜的中心区域即可获得柔性透明导电膜。
实例：
实例1
步骤1，配料：裁剪聚乙烯膜，膜边长为“摩擦介质层”的边长加上2厘米；按0.005毫克/平方厘米称取粒径40纳米的纳米石墨粉。
步骤2，工艺准备：将步骤1中的聚乙烯膜平铺于玻璃基板上作为“目标基底层”；将步骤1中的粉体均匀平铺在步骤1中的聚乙烯膜上。
步骤3，摩擦：将步骤2中的纳米石墨粉在步骤2中的聚乙烯膜上进行摩擦，获得纳米石墨/聚乙烯复合膜。摩擦的压力为0.4MPa，在250转/分钟的转速下摩擦30秒，摩擦半径0.5厘米。
步骤4，成型：剪下步骤3中石墨/聚乙烯复合膜的中心区域内即可获得柔性透明导电膜。
获得透明导电性能如下：表面方阻542KΩ，透光率94.6％(550nm波长)。其微观形貌如图1(a)所示。
实例2
步骤1，配料：裁剪聚乙烯膜，膜边长为“摩擦介质层”的边长加上2厘米；按0.010毫克/平方厘米称取粒径40纳米的纳米石墨粉。
步骤2，工艺准备：将步骤1中的聚乙烯膜平铺于玻璃基板上作为“目标基底层”；将步骤1中的粉体均匀平铺在步骤1中的聚乙烯膜上。
步骤3，摩擦：将步骤2中的纳米石墨粉在步骤2中的聚乙烯膜上借助玻璃进行摩擦，获得纳米石墨/聚乙烯复合膜。摩擦的压力为0.4MPa，在250转/分钟的转速下摩擦30秒，摩擦半径0.5厘米。
步骤4，成型：剪下步骤3中石墨/聚乙烯复合膜的中心区域内即可获得柔性透明导电膜。
获得透明导电性能如下：表面方阻136KΩ，透光率91.2％(550nm波长)。其微观形貌如图1(b)所示。
实例3
步骤1，配料：裁剪聚乙烯膜，膜边长为“摩擦介质层”的边长加上2厘米；按0.020毫克/平方厘米称取粒径40纳米的纳米石墨粉。
步骤2，工艺准备：将步骤1中的聚乙烯膜平铺于玻璃基板上作为“目标基底层”；将步骤1中的粉体均匀平铺在步骤1中的聚乙烯膜上。
步骤3，摩擦：将步骤2中的纳米石墨粉在步骤2中的聚乙烯膜上借助玻璃进行摩擦，获得纳米石墨/聚乙烯复合膜。摩擦的压力为0.4MPa，在250转/分钟的转速下摩擦30秒，摩擦半径0.5厘米。
步骤4，成型：剪下步骤3中石墨/聚乙烯复合膜的中心区域内即可获得柔性透明导电膜。
获得透明导电性能如下：表面方阻67.5KΩ，透光率89.3％(550nm波长)。其微观形貌如图1(c)所示。
实例4
步骤1，配料：裁剪聚氯乙烯膜，膜边长为“摩擦介质层”的边长加上2厘米；按0.005毫克/平方厘米称取粒径40纳米的纳米石墨粉。
步骤2，工艺准备：将步骤1中的聚氯乙烯膜平铺于玻璃基板上作为“目标基底层”；将步骤1中的粉体均匀平铺在步骤1中的聚氯乙烯膜上。
步骤3，摩擦：将步骤2中的纳米石墨粉在步骤2中的聚氯乙烯膜上进行摩擦，获得纳米石墨/聚氯乙烯复合膜。摩擦的压力为0.4MPa，在250转/分钟的转速下摩擦30秒，摩擦半径0.5厘米。
步骤4，成型：剪下步骤3中石墨/聚氯乙烯复合膜的中心区域内即可获得柔性透明导电膜。
获得透明导电性能如下：表面方阻963KΩ，透光率95.2％(550nm波长)。
实例5
步骤1，配料：裁剪聚氯乙烯膜，膜边长为“摩擦介质层”的边长加上2厘米；按0.010毫克/平方厘米称取粒径40纳米的纳米石墨粉。
步骤2，工艺准备：将步骤1中的聚氯乙烯膜平铺于玻璃基板上作为“目标基底层”；将步骤1中的粉体均匀平铺在步骤1中的聚氯乙烯膜上。
步骤3，摩擦：将步骤2中的纳米石墨粉在步骤2中的聚氯乙烯膜上借助玻璃进行摩擦，获得纳米石墨/聚氯乙烯复合膜。摩擦的压力为0.4MPa，在250转/分钟的转速下摩擦30秒，摩擦半径0.5厘米。
步骤4，成型：剪下步骤3中石墨/聚氯乙烯复合膜的中心区域内即可获得柔性透明导电膜。
获得透明导电性能如下：表面方阻149KΩ，透光率92.1％(550nm波长)。
实例6
步骤1，配料：裁剪聚氯乙烯膜，膜边长为“摩擦介质层”的边长加上2厘米；按0.020毫克/平方厘米称取粒径40纳米的纳米石墨粉。
步骤2，工艺准备：将步骤1中的聚氯乙烯膜平铺于玻璃基板上作为“目标基底层”；将步骤1中的粉体均匀平铺在步骤1中的聚氯乙烯膜上。
步骤3，摩擦：将步骤2中的纳米石墨粉在步骤2中的聚氯乙烯膜上借助玻璃进行摩擦，获得纳米石墨/聚氯乙烯复合膜。摩擦的压力为0.4MPa，在250转/分钟的转速下摩擦30秒，摩擦半径0.5厘米。
步骤4，成型：剪下步骤3中石墨/聚氯乙烯复合膜的中心区域内即可获得柔性透明导电膜。
获得透明导电性能如下：表面方阻101KΩ，透光率89.9％(550nm波长)。
实例7
步骤1，配料：裁剪聚乙烯膜，膜边长为“摩擦介质层”的边长加上2厘米；按0.005毫克/平方厘米称取粒径100纳米的纳米石墨粉。
步骤2，工艺准备：将步骤1中的聚乙烯膜平铺于玻璃基板上作为“目标基底层”；将步骤1中的粉体均匀平铺在步骤1中的聚乙烯膜上。
步骤3，摩擦：将步骤2中的纳米石墨粉在步骤2中的聚乙烯膜上进行摩擦，获得纳米石墨/聚乙烯复合膜。摩擦的压力为0.2MPa，在200转/分钟的转速下摩擦20秒，摩擦半径0.5厘米。
步骤4，成型：剪下步骤3中石墨/聚乙烯复合膜的中心区域内即可获得柔性透明导电膜。
获得透明导电性能如下：表面方阻783KΩ，透光率82.6％(550nm波长)。
实例8
步骤1，配料：裁剪聚乙烯膜，膜边长为“摩擦介质层”的边长加上2厘米；按0.010毫克/平方厘米称取粒径10纳米的纳米石墨粉。
步骤2，工艺准备：将步骤1中的聚乙烯膜平铺于玻璃基板上作为“目标基底层”；将步骤1中的粉体均匀平铺在步骤1中的聚乙烯膜上。
步骤3，摩擦：将步骤2中的纳米石墨粉在步骤2中的聚乙烯膜上借助玻璃进行摩擦，获得纳米石墨/聚乙烯复合膜。摩擦的压力为0.2MPa，在200转/分钟的转速下摩擦20秒，摩擦半径0.5厘米。
步骤4，成型：剪下步骤3中石墨/聚乙烯复合膜的中心区域内即可获得柔性透明导电膜。
获得透明导电性能如下：表面方阻254KΩ，透光率80.2％(550nm波长)。
实例9
步骤1，配料：裁剪聚乙烯膜，膜边长为“摩擦介质层”的边长加上2厘米；按0.020毫克/平方厘米称取粒径100纳米的纳米石墨粉。
步骤2，工艺准备：将步骤1中的聚乙烯膜平铺于玻璃基板上作为“目标基底层”；将步骤1中的粉体均匀平铺在步骤1中的聚乙烯膜上。
步骤3，摩擦：将步骤2中的纳米石墨粉在步骤2中的聚乙烯膜上借助玻璃进行摩擦，获得纳米石墨/聚乙烯复合膜。摩擦的压力为0.2MPa，在200转/分钟的转速下摩擦20秒，摩擦半径0.5厘米。
步骤4，成型：剪下步骤3中石墨/聚乙烯复合膜的中心区域内即可获得柔性透明导电膜。
获得透明导电性能如下：表面方阻98.6KΩ，透光率77.1％(550nm波长)。
实例10
步骤1，配料：裁剪聚氯乙烯膜，膜边长为“摩擦介质层”的边长加上2厘米；按0.005毫克/平方厘米称取粒径400纳米的纳米石墨粉。
步骤2，工艺准备：将步骤1中的聚氯乙烯膜平铺于玻璃基板上作为“目标基底层”；将步骤1中的粉体均匀平铺在步骤1中的聚氯乙烯膜上。
步骤3，摩擦：将步骤2中的纳米石墨粉在步骤2中的聚氯乙烯膜上进行摩擦，获得纳米石墨/聚氯乙烯复合膜。摩擦的压力为0.6MPa，在300转/分钟的转速下摩擦40秒，摩擦半径0.5厘米。
步骤4，成型：剪下步骤3中石墨/聚氯乙烯复合膜的中心区域内即可获得柔性透明导电膜。
获得透明导电性能如下：表面方阻614KΩ，透光率79.3％(550nm波长)。
实例11
步骤1，配料：裁剪聚氯乙烯膜，膜边长为“摩擦介质层”的边长加上2厘米；按0.010毫克/平方厘米称取粒径400纳米的纳米石墨粉。
步骤2，工艺准备：将步骤1中的聚氯乙烯膜平铺于玻璃基板上作为“目标基底层”；将步骤1中的粉体均匀平铺在步骤1中的聚氯乙烯膜上。
步骤3，摩擦：将步骤2中的纳米石墨粉在步骤2中的聚氯乙烯膜上借助玻璃进行摩擦，获得纳米石墨/聚氯乙烯复合膜。摩擦的压力为0.6MPa，在300转/分钟的转速下摩擦40秒，摩擦半径0.5厘米。
步骤4，成型：剪下步骤3中石墨/聚氯乙烯复合膜的中心区域内即可获得柔性透明导电膜。
获得透明导电性能如下：表面方阻203KΩ，透光率76.0％(550nm波长)。
实例12
步骤1，配料：裁剪聚氯乙烯膜，膜边长为“摩擦介质层”的边长加上2厘米；按0.020毫克/平方厘米称取粒径400纳米的纳米石墨粉。
步骤2，工艺准备：将步骤1中的聚氯乙烯膜平铺于玻璃基板上作为“目标基底层”；将步骤1中的粉体均匀平铺在步骤1中的聚氯乙烯膜上。
步骤3，摩擦：将步骤2中的纳米石墨粉在步骤2中的聚氯乙烯膜上借助玻璃进行摩擦，获得纳米石墨/聚氯乙烯复合膜。摩擦的压力为0.6MPa，在300转/分钟的转速下摩擦40秒，摩擦半径0.5厘米。
步骤4，成型：剪下步骤3中石墨/聚氯乙烯复合膜的中心区域内即可获得柔性透明导电膜。
获得透明导电性能如下：表面方阻70.5KΩ，透光率69.5％(550nm波长)。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
Claims (1)
1.一种摩擦制备柔性透明导电膜的方法，该方法将聚乙烯膜或者聚氯乙烯膜平铺在基板上，再将纳米石墨粉按0.005～0.02毫克/平方厘米均匀铺在聚乙烯膜或者聚氯乙烯膜上，然后将纳米石墨粉在聚乙烯膜或者聚氯乙烯膜上借助基板进行摩擦，使纳米石墨粉在聚乙烯膜或者聚氯乙烯膜表面形成微导电沟道，得到柔性、透明的导电膜；
所述摩擦的压力为0.2～0.6MPa，在200～300转/分钟的转速下摩擦20～40秒，摩擦半径大于等于0.5厘米；所述纳米石墨粉的粒径为40纳米～400纳米；所述基板为玻璃片或者硅片。
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