CN104952551A

CN104952551A - 一种柔性衬底纳米银线透明导电薄膜的制备方法及设备

Info

Publication number: CN104952551A
Application number: CN201510335160.6A
Authority: CN
Inventors: 武光明; 李丹; 于建香; 邢光建; 肖昌坚
Original assignee: Beijing Institute of Petrochemical Technology
Current assignee: Wu Zhaogan
Priority date: 2015-06-16
Filing date: 2015-06-16
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2035-06-16
Also published as: CN104952551B

Abstract

本发明公开了一种柔性衬底纳米银线透明导电薄膜的制备方法及设备，该方法包括：直接在柔性透明薄膜表面刮涂分散有若干纳米银线的纳米银线分散液形成纳米银线薄膜后，再对形成的所述纳米银线薄膜进行热压，形成具有若干纳米银线分散搭接镶嵌在柔性透明薄膜表面的柔性衬底纳米银线透明导电薄膜。该方法较其他柔性衬底纳米银线透明导电薄膜制备专利方法要简单的多，相应制备设备的价格也会下降很多，应用潜力巨大。

Description

一种柔性衬底纳米银线透明导电薄膜的制备方法及设备

技术领域

本发明涉及柔性透明导电薄膜的制备领域，特别是涉及一种柔性衬底纳米银线透明导电薄膜的制备方法及设备。

背景技术

透明导电薄膜可用于现代显示面板，如手机、IPAD、电子书、显示器等触摸屏。目前使用广泛的是ITO材料，但ITO薄膜制备工艺复杂、成本较高、原料紧缺，更重要的是对柔性衬底实用性不强。目前石墨烯薄膜、金属网格是热门替代材料。由于银的导电性能较好，目前有在透明导电薄膜中应用纳米银线的相关报道，如美国Cambrios公司制备的纳米银线已应用于电容式触摸屏，也有日本人研究的银纳米线涂布机设备，但价格昂贵，而目前国内也可查到制备柔性衬底纳米银线透明导电薄膜的相关文献，但其工艺都较为复杂。因此如何实现相对简单的方式制备纳米银线的柔性透明导电薄膜，是目前急需解决的问题。

发明内容

基于上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种柔性衬底纳米银线透明导电薄膜的制备方法及设备，能以较简单的方式在柔性透明基材制备透明导电薄膜，不仅工艺过程简单，而且材料方便易得。

为解决上述技术问题，本发明提供一种柔性衬底纳米银线透明导电薄膜的制备方法，该方法包括：

直接在柔性透明薄膜表面刮涂纳米银线分散液形成纳米银线薄膜，所述纳米银线薄膜干燥后，对所述纳米银线薄膜进行热压，形成纳米银线透明导电薄膜，形成的所述纳米银线透明导电薄膜表面具有若干纳米银线分散搭接镶嵌在柔性透明薄膜表面。

本发明实施例还提供一种柔性衬底纳米银线透明导电薄膜的制备设备，包括：水平机架、水平刮涂板、膜传送装置、涂布装置、热压装置；其中，

所述膜传送装置由设在水平机架前端的上料端装置和设在水平机架后端的出料端装置组成；所述上料端装置由上料盘、上料轮和切压辊构成，所述上料轮活动设在所述水平机架前端，所述上料盘处于所述上料轮下方，所述切压辊处于所述上料轮的斜上方；

所述出料端装置由出料轮、压膜辊、压膜盘、收料盘和驱动装置组成，所述出料轮活动设在所述水平机架后端，所述驱动装置与所述出料轮和所述收料盘呈三角形布置，经传动带驱动所述出料轮和收料盘，所述压膜辊与压膜盘处于所述出料轮的斜上方；

所述水平刮涂板设在所述上料轮和出料轮之间的所述水平机架上，水平刮涂板表面为流平区，所述涂布装置设在所述水平刮涂板的前端上方，所述热压装置设在所述水平刮涂板的后端上方；所述热压装置由红外灯和可调式热压辊组成。

本发明的有益效果为：通过先在刮涂柔性透明薄膜表面刮涂分散有纳米银线的纳米银线分散液形成纳米银线薄膜，再对纳米银线薄膜进行热压的方式，以相对简单的方式形成具有若干纳米银线分散搭接镶嵌在柔性透明薄膜表面的柔性衬底纳米银线透明导电薄膜。该方法工艺简单，制备的导电薄膜成本低，适用范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的透明导电薄膜的正面示意图；

图2为本发明实施例提供的透明导电薄膜的侧面示意图；

图3为本发明实施例提供的制备透明导电薄膜的制备设备的示意图；

图1、2中各标号为：1-柔性透明薄膜；2-纳米银线；

图3中的各标号为：20-水平机架；21-水平刮涂板；22-上料轮；23-切压辊；24-上料盘；25-出料轮；26-收料盘；27-驱动装置；28-压膜盘；29-压膜辊；30-涂布装置；31-可调式热压辊；32-红外灯；33-流平区；34-传送带。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1、2所示，本发明实施例提供一种柔性衬底纳米银线透明导电薄膜的制备方法，该方法包括：

直接在柔性透明薄膜表面刮涂纳米银线分散液形成纳米银线薄膜，所述纳米银线薄膜干燥后，可以是简单干燥，对所述纳米银线薄膜进行热压，形成纳米银线透明导电薄膜，形成的所述纳米银线透明导电薄膜表面具有若干纳米银线分散搭接镶嵌在柔性透明薄膜表面。

如图1所示，本发明制备的透明导电薄膜的透光导电原理：薄膜实际上是固定的银线网格，分散相互搭接的纳米银线通过各种途径将电流从一点传送到另一点，银元素良好的导电性能使薄膜面电阻较小；大量的空隙使薄膜有良好的透光性；纳米银线直径根据光干涉原理使得银线网格不可视，较低的银线密度使得薄膜有较低的雾度。

上述方法中，柔性透明薄膜采用透明的柔性高分子薄膜。

上述方法中，柔性透明薄膜表面为亲水性，采用的纳米银线分散液为水基纳米银线分散液；柔性透明薄膜表面为亲醇性，采用的纳米银线分散液为醇基纳米银线分散液。

上述方法中，纳米银线分散液中纳米银线的含量为0.05wt％～5wt％；纳米银线薄膜的厚度为1μm～200μm。

上述方法中，纳米银线分散液中分散的纳米银线为直径30～100nm、长度为40～100μm的纯净银线。

上述方法中，柔性透明薄膜表面的纳米银线的密度通过纳米银线分散液的纳米银线含量和刮涂器刮涂的纳米银线薄膜的厚度来调节。

上述方法中，热压的温度高于柔性透明薄膜材料的软化温度，热压温度为80℃～200℃。

上述方法中，热压采用压力均匀的平压或滚压，热压设备与柔性透明薄膜表面的接触面包覆耐温250℃的硅橡胶膜；

热压过程中，只在有纳米银线薄膜的表面加热，加热方式采用电加热或光加热；

热压的压强大于3公斤/cm²。

上述方法中，若采用电加热对柔性透明薄膜直接照射，加热后滚压或对施压平板加热再热压，热压时间控制在60s之内；

若采用光加热，则采用600W～1000W的红外灯加热后滚压或平压。

上述方法中，仅在柔性透明薄膜表面刮涂一次分散有若干纳米银线的纳米银线分散液形成纳米银线薄膜，热压也仅热压一次形成具有纳米银线分散搭接镶嵌在柔性透明薄膜表面的柔性衬底纳米银线透明导电薄膜。仅刮涂一次以及仅热压一次使得该方法更简单，能耗更低，有效简单制备透明导电薄膜的复杂度和成本。

本发明的制备方法，与目前的柔性衬底纳米银线透明导电薄膜制备方法相比，要简单的多.相应制备设备的价格也会下降很多，应用潜力巨大。

下面结合具体实施例对本发明的方法作进一步说明。

本发明实施例提供所述的一种柔性衬底纳米银线透明导电薄膜制备方法，直接在各种柔性透明薄膜表面刮涂纳米银线分散液形成纳米银线薄膜，通过热压形成柔性衬底纳米银线透明导电薄膜，热压后纳米银线薄膜中分散搭接的若干纳米银线镶嵌在柔性透明薄膜的表面，形成导电层，薄膜的侧剖面结构如图2。该透明导电薄膜中，柔性透明薄膜的材料采用膜透明和有柔性的高分子材料，对高分子材料的组成、种类、面积、厚度和柔软程度没有限定。若在使用上不要求透明，则不透明的柔性高分子材料也同样适用。只要求，纳米银线分散液的亲水性或亲醇性与柔性透明薄膜表面的亲水性或亲醇性要一致。即亲水性好的柔性透明薄膜表面使用水基纳米银线分散液，亲醇性好的柔性透明薄膜表面使用醇基纳米银线分散液。

上述制备透明导电薄膜方法中，所用的纳米银线为直径30～100nm、长度为40～100μm的纯净银线，纳米银线在纳米银线分散液中的含量为0.05wt％～5wt％。上述方法中，在柔性透明薄膜表面的纳米银线的密度通过纳米银线分散液含量(0.05wt％～5wt％)和刮涂器厚度(1μm～200μm)来调节。

上述方法中，热压的温度略高于透明薄膜材料的软化温度，在80℃～200℃范围，如PET薄膜170℃。热压采用压力均匀的热压方式，如可采用平压，也可采用滚压。压面包覆硅橡胶膜，硅橡胶材料耐温250℃。热压时，只需要在有纳米银线的单面加热。加热方式可采用电加热、光加热等。电加热可以对透明薄膜直接加热后滚压，也可以对施压平板加热再热压，热压时间控制在60s之内。光加热可采用600W～1000W的红外灯照射，加热后滚压或平压。热压的压强大于3公斤/cm²。

上述方法中，柔性衬底纳米银线透明导电薄膜一次刮涂和热压即可满足要求，使得制备过程更简单。

经测试，上述方法制得的导电薄膜的方块电阻与纳米银线厚度相关，在1～300Ω/sq范围，透光率与电阻率呈正比关系，在大于90％范围，雾度小于1％。

上述方法中所采用的制备设备结构如图3所示，包括：水平机架20、水平刮涂板21、膜传送装置、涂布装置30、热压装置；其中，所述膜传送装置由设在水平机架前端的上料端装置和设在水平机架后端的出料端装置组成；所述上料端装置由上料盘24、上料轮22和切压辊23构成，所述上料轮22活动设在所述水平机架20前端，所述上料盘24处于所述上料轮22下方，所述切压辊23处于所述上料轮22的斜上方；所述出料端装置由出料轮25、压膜辊29、压膜盘28、收料盘26和驱动装置27(驱动装置可采用电机)组成，所述出料轮25活动设在所述水平机架20后端，所述驱动装置27与所述出料轮25和所述收料盘26呈三角形布置，所述收料盘26处于所述出料轮25的下方，所述驱动装置27经传动带驱动所述出料轮25和收料盘26，所述压膜辊29与压膜盘28处于所述出料轮25的斜上方；所述上料端装置的上料轮22与所述出料端装置的出料轮25之间连接有传送带34；所述水平刮涂板21设在所述上料轮22和出料轮25之间的所述水平机架上，水平刮涂板21表面为所述传送带34形成的流平区33，所述涂布装置30设在所述水平刮涂板21的前端上方，所述热压装置设在所述水平刮涂板21的后端上方；所述热压装置由红外灯32和可调式热压辊31组成。该制备设备结构简单，操作方便，能低成本、快速制备透明导电薄膜。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种柔性衬底纳米银线透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，该方法包括：

2.如权利要求1所述的一种柔性衬底纳米银线透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述柔性透明薄膜采用透明的柔性高分子薄膜；所述柔性透明薄膜表面为亲水性，采用的纳米银线分散液为水基纳米银线分散液；所述柔性透明薄膜表面为亲醇性，采用的纳米银线分散液为醇基纳米银线分散液。

3.如权利要求1所述的一种柔性衬底纳米银线透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述纳米银线分散液中纳米银线的含量为0.05wt％～5wt％；

所述纳米银线薄膜的厚度为1μm～200μm。

4.如权利要求1或3所述的一种柔性衬底纳米银线透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述纳米银线分散液中分散的纳米银线为直径30～100nm、长度为40～100μm的纯净银线。

5.如权利要求1或3所述的一种柔性衬底纳米银线透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述柔性透明薄膜表面的纳米银线的密度通过纳米银线分散液的纳米含量和刮涂器刮涂的纳米银线薄膜的厚度来调节。

6.如权利要求1所述的一种柔性衬底纳米银线透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述热压的温度高于所述柔性透明薄膜材料的软化温度，所述热压温度为80℃～200℃。

7.如权利要求1所述的一种柔性衬底纳米银线透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述热压采用压力均匀的平压或滚压，热压设备与所述柔性透明薄膜表明的接触面包覆耐温250℃的硅橡胶膜；

热压的压强大于3公斤/cm²。

8.如权利要求7所述的一种柔性衬底纳米银线透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，若采用电加热对所述柔性透明薄膜直接照射，加热后滚压或对施压平板加热再热压，热压时间控制在60s之内；

9.如权利要求1所述的一种柔性衬底纳米银线透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法中，仅在柔性透明薄膜表面刮涂一次分散有纳米银线的纳米银线分散液形成纳米银线薄膜，热压也仅热压一次形成具有若干纳米银线分散搭接镶嵌在柔性透明薄膜表面的柔性衬底纳米银线透明导电薄膜。

10.一种柔性衬底纳米银线透明导电薄膜的制备设备，其特征在于，包括：水平机架、水平刮涂板、膜传送装置、涂布装置、热压装置；其中，

所述出料端装置由出料轮、压膜辊、压膜盘、收料盘和驱动装置组成，所述出料轮活动设在所述水平机架后端，所述收料盘处于所述出料轮的下方，所述驱动装置与所述出料轮和所述收料盘呈三角形布置，该驱动装置经传动带驱动所述出料轮和收料盘，所述压膜辊与压膜盘处于所述出料轮的斜上方；

所述上料端装置的上料轮与所述出料端装置的出料轮之间连接有传送带；

所述水平刮涂板设在所述上料轮和出料轮之间的所述水平机架上，该水平刮涂板表面为所述传送带形成的流平区，所述涂布装置设在所述水平刮涂板的前端上方，所述热压装置设在所述水平刮涂板的后端上方；所述热压装置由红外灯和可调式热压辊组成。