CN105219167B - 一种有导电填充物的醇基银纳米线墨水制成的导电薄膜 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种有导电填充物的醇基银纳米线墨水制成的导电薄膜，其特征在于：其墨水组成为：银纳米线，0.2‑1.5%；氟碳表面活性剂，0.005‑0.05%；小分子分散剂，0.1‑2%；小分子流平剂，1‑3%；小分子保湿剂，2‑5%；小分子消泡剂，1‑2%；导电填料，0.2‑1.5%；有机醇类溶剂，84.95‑95.495%。其薄膜制备过程为：在衬底上涂覆一层粘结剂溶液，干燥后得到粘结层；然后将配制的墨水涂覆在粘结层上，烘干得银导电网络；最后涂覆一层保护层，干燥得最终的导电薄膜。该墨水涂覆效果好，涂覆后简单热处理即可除去除银线和导电填料外的其他绝大部分助剂，制成的薄膜导电性与透光率高、雾度低、和衬底结合力好，能广泛用于触摸屏等电子产品领域。

Description

一种有导电填充物的醇基银纳米线墨水制成的导电薄膜

技术领域

本发明属于导电墨水和薄膜领域，具体涉及一种有导电填充物的醇基银纳米线墨水制成的导电薄膜。

背景技术

银墨水的性能决定了其制备的薄膜能将银纳米线的性能发挥到什么程度。理想状态是能100％发挥出银纳米线的性能，而这需要借助各种助剂的帮助。如专利CN103008679A、CN104650653A、CN103627255A和CN104464880A，采用或多或少的助剂配制了不同性能的墨水，在不同方面取得了应用。但这些墨水要么助剂较少导致墨水性能不好，要么助剂过多且难除去导致薄膜性能不好。为得到性能优异的薄膜，需要配制助剂较多但易除去的墨水。但这种墨水还非常稀少。在我们正在申请的一个专利中，使用了易除去的粘结剂和其他助剂，解决了这个问题。但易除去导致粘结剂的选择范围非常有限，进而不方便调节薄膜的性能。为此，需要开发新的薄膜制备方法以同时保持易除去和薄膜粘结性的调节。

同时，银线网络之间的空档一方面会降低薄膜的导电性，另一方面会带来光的散射而使薄膜有较大的雾度。这些都不利于薄膜的使用。为解决这个问题，可在空档中填充导电物质。填充有两种方式：一种是银墨水涂覆干燥后在其上再涂覆一层导电物质，另一种是在墨水中直接加入导电物质而涂覆时直接填充在空档之中。对比可以看出，第二种工艺相对简单。但可惜的是，这种有导电填料的银导电墨水还非常少，性能也很不成熟，如专利CN102527621A。

综上，开发合适的墨水和工艺来解决目前银导电薄膜面临的导电性、均匀性、透光率、粘结性、雾度等问题是透明导电墨水和薄膜领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有导电填充物的醇基银纳米线墨水制成的导电薄膜，解决目前银导电薄膜面临的导电性、均匀性、透光率、雾度等问题。本发明开发的银线墨水在各种衬底上均有良好表现并且其使用的各种助剂均能通过简单的热处理除去，其导电填充物质填充了银线之间的空档而使薄膜的导电性升高、雾度降低，其薄膜制备工艺进一步优化了产品性能，因而其导电薄膜的性能优异，能在电子信息领域大量应用。本发明的特征在于：

(1)本发明墨水具体的配方如下：

银纳米线，0.2-1.5％；

氟碳表面活性剂，0.005-0.05％；

小分子分散剂，0.1-2％；

小分子流平剂，1-3％；

小分子保湿剂，2-5％；

小分子消泡剂，1-2％；

导电填料，0.2-1.5％；

有机醇类溶剂，84.95-95.495％。

(2)薄膜的制备过程为：在衬底上涂覆一层粘结剂溶液，干燥后得到粘结层。然后将(1)配制的墨水涂覆在粘结层上，烘干得银导电网络。最后涂覆一层保护层，干燥得最终的导电薄膜；

本发明所用银纳米线的直径为30-50nm，长度在10-20μm；

本发明所用表面活性剂为Zonyl@FSO、Zonyl@FSP、Zonyl@FSA、Zonyl@8867L、Zonyl@8857A、Zonyl@FSN、Zonyl@FS、Zonyl@FSK、Zonyl@FSD、Zonyl@TBS、Capstone@FS等系列氟碳表面活性剂中的一种或几种的混合；

本发明所用小分子分散剂为乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇等高沸点液体分散剂；

本发明所用小分子流平剂为乙二醇二丁醚、异丙氧基乙醇、丙二醇甲醚、异佛尔酮、二丙酮醇、DBE等高沸点溶剂中的一种或几种的混合；

本发明所用小分子保湿剂为丙三醇、环己醇、乙二醇等高沸点醇类溶剂；

本发明所用小分子消泡剂为2-己基乙醇；

本发明所用导电填料为金属纳米离子(如金、银、铜等纳米粒子)、PEDOT：PSS、石墨烯、碳纳米管、金属氧化物等物质中的一种或几种的组合；

本发明所用醇类溶剂为甲醇、乙醇和异丙醇中的一种；

本发明墨水的配制步骤为：确定配方组成，计算每种物质所需的量。然后将除导电填料外的其他成分混合均匀，搅拌20分钟。然后，将所需的导电填料加入到搅拌的墨水中，搅拌30分钟。根据导电填料的尺寸确定不同孔径的滤膜过滤，得到最终的墨水；

(2)中所用衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚碳酸酯、聚酰亚胺(PI)或玻璃中的一种；

(2)中所用粘结剂为环氧树脂、丙烯酸酯树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂、聚乙烯醇树脂、聚酮树脂、酚醛树脂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或几种的混合。用Gardco Automatic Drawdown Machine DP8301片材式涂覆机或其他涂覆机器涂覆粘结剂溶液后，用红外烘烤灯烘烤5分钟，然后在真空烘箱中100℃下真空干燥5分钟，得到100nm厚的粘结层。所用红外烘烤灯为使用的红外烘烤灯的功率为800W、干燥面积为1000cm²；

将(1)中得到的墨水涂覆在粘结层上，控制银线浓度和用量，使最终银线网络厚度为150nm。用红外烘烤灯烘烤5分钟后，在真空烘箱中110℃下真空干燥10分钟，得到银导电网络；

(2)中所用顶涂保护层为UV胶、一些常用树脂、PEDOT：PSS、石墨烯、碳纳米管、金属氧化物、光学胶、热熔胶等物质中的一种或几种。控制顶涂的浓度与量，使涂覆后顶涂层的厚度为50nm左右。然后用红外烘烤灯烘烤顶涂层5分钟，接着在真空烘箱中110℃下真空干燥10分钟。如果使用UV胶，则用紫外固化灯固化。这样得到最终的导电薄膜；

本发明墨水后处理方便的原因是墨水使用的助剂基本为容易加热处理的有机小分子。在110℃真空下，这些有机小分子均变为蒸气从银导电网络中离开。而仅剩的氟碳表面活性剂的含量非常低，对银纳米线导电网络的性能影响较小。相对于我们正在申请的一个专利中仅能选择氯醋二元共聚树脂作为粘结剂，本专利的粘结剂不加入墨水中，而使单独在衬底上涂覆一层。这使粘结剂种类选择大大增加，能保证银导电网络与衬底有良好的结合力。同时，导电填充物质能大大提高银线网络的导电性并减少银导电网络的散射而减小雾度；

本发明有如下优点：(1)墨水中含有多种不同作用的助剂，可将墨水性能调配至各种衬底涂覆所需的物理参数，因此，本发明的墨水在各种衬底上的涂覆效果很好，薄膜导电均匀；(2)最重要的是，该墨水中除含量极少的氟碳表面活性剂外，其余助剂均能在低温下除去，因而其形成的薄膜的导电性和透光性等性能均较佳；(3)底涂和顶涂保证银纳米网络与衬底有良好的粘结性，同时减慢环境对银线的侵蚀，因而该导电薄膜能持久使用；(4)导电物质填充减少了光散射等不利因素，因而该薄膜的雾度较小；(5)墨水与膜的原料便宜，制膜过程简单，不需复杂仪器，因而薄膜成本低，方便大规模生产使用。

附图说明

图1：本发明墨水涂覆后形成的银线网络；

具体实施例

实施例：

使用直径为30-50nm、长度在10-20μm的银纳米线为导电物质。选用Zonyl@FSO-100为表面活性剂、2-氨基-2-甲基-1-丙醇为分散防沉剂、丙二醇甲醚为流平剂、环己醇为保湿剂、2-己基乙醇为消泡剂、PEDOT：PSS为导电填充料、异丙醇为溶剂来配制浆料；确定配方组成，计算每种物质所需的量。然后将除PEDOT：PSS外的其他成分混合均匀，搅拌20分钟。然后，将PEDOT：PSS加入到搅拌的墨水中，搅拌30分钟。用孔径20μm的滤膜过滤，得到最终的墨水；

选用PET为衬底，丙烯酸树脂为粘结剂。用GardcoAutomatic Drawdown MachineDP8301片材式涂覆机将丙烯酸树脂溶液涂覆在PET薄膜上。然后用红外烘烤灯烘烤5分钟，接着在真空烘箱中100℃下真空干燥5分钟，得到100nm厚粘结层；

用涂覆机将墨水涂覆在粘结层上，然后用红外烘烤灯烘烤5分钟，接着在真空烘箱中110℃下真空干燥10分钟，除去溶剂和其他助剂物质，得到150nm厚银导电网络；

顶涂使用丙烯酸树脂。将其涂覆在银纳米网络上。控制使用量，使最终保护层的厚度低于银纳米网络的厚度。涂覆完成后，用红外烘烤灯烘烤5分钟，接着在真空烘箱中110℃下真空干燥10分钟得到50nm厚顶涂保护层，并得到最终的导电薄膜。

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

Claims (6)

1.一种有导电填充物的醇基银纳米线墨水制成的导电薄膜，其特征在于，

（1）墨水配方包括：

银纳米线，0.2-1.5%；所述的银纳米线的直径为30-50nm，长度在10-20μm；氟碳表面活性剂，0.005-0.05%；所述表面活性剂为Zonyl@FSO、Zonyl@FSP、Zonyl@FSA、Zonyl@8867L、Zonyl@8857A、Zonyl@ FSN、Zonyl@FS、Zonyl@ FSK、Zonyl@ FSD、Zonyl@ TBS、Capstone@ FS中的一种或几种的混合；

小分子分散剂，0.1-2%；所述小分子分散剂为乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇高沸点液体分散剂；

小分子流平剂，1-3%；所述小分子流平剂为乙二醇二丁醚、异丙氧基乙醇、丙二醇甲醚、异佛尔酮、二丙酮醇、DBE高沸点溶剂中的一种或几种的混合；

小分子保湿剂，2-5%；所述小分子保湿剂为丙三醇、环己醇、乙二醇高沸点醇类溶剂；

小分子消泡剂，1-2%；所述小分子消泡剂为2-己基乙醇；

导电填料，0.2-1.5%；所述导电填料为金属纳米粒子、PEDOT：PSS、石墨烯、碳纳米管、金属氧化物中的一种或几种的组合；

有机醇类溶剂，84.95-95.495%；所述醇类溶剂为甲醇、乙醇和异丙醇中的一种；

（2）薄膜的制备过程为：在衬底上涂覆一层粘结剂溶液，干燥后得到粘结层；然后将（1）配制的墨水涂覆在粘结层上，烘干得银导电网络；最后涂覆一层保护层，干燥得最终的导电薄膜。

2.如权利要求1所述的一种有导电填充物的醇基银纳米线墨水制成的导电薄膜，其特征在于：所述墨水的配制步骤为：确定配方组成，计算每种物质所需的量；然后将除导电填料外的其他成分混合均匀，搅拌20分钟；接着，将所需导电填料加入到搅拌的墨水中，搅拌30分钟；根据导电填料的尺寸确定不同孔径的滤膜过滤，得到最终的墨水。

3.如权利要求1所述的一种有导电填充物的醇基银纳米线墨水制成的导电薄膜，其特征在于：（2）中所述衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚碳酸酯、聚酰亚胺(PI)或玻璃中的一种。

4.如权利要求1所述的一种有导电填充物的醇基银纳米线墨水制成的导电薄膜，其特征在于：（2）中所述粘结剂为环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂、聚乙烯醇树脂、聚酮树脂、酚醛树脂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或几种的混合；粘结剂溶液涂覆后，用红外烘烤灯烘烤5分钟，然后在真空烘箱中100℃下真空干燥5分钟，得到100 nm厚的粘结层。

5.如权利要求1所述的一种有导电填充物的醇基银纳米线墨水制成的导电薄膜，其特征在于：（2）中涂覆墨水后，用红外烘烤灯烘烤5分钟，然后在真空烘箱中110℃下真空干燥10分钟，得到150 nm厚的银导电网络。

6.如权利要求1所述的一种有导电填充物的醇基银纳米线墨水制成的导电薄膜，其特征在于：（2）中涂覆的保护层物质为UV胶、PEDOT：PSS、石墨烯、碳纳米管、金属氧化物、光学胶、热熔胶中的一种或几种；保护层涂覆后，用红外烘烤灯烘烤5分钟，然后在真空烘箱中110℃下真空干燥10分钟，得到最终的导电薄膜；其中，保护层涂覆厚度50 nm。