CN106001601A - 一种表面改性的银纳米线导电液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表面改性的银纳米线导电液及其制备方法，其组成为：银纳米线、改性银纳米颗粒、分散剂、流平剂及基材润湿剂；其中改性银纳米颗粒是由硝酸银在醇溶液体系中与巯基乙胺或3‑巯基‑1‑丙胺发生反应，所生成的一端具有胺基、另一端巯基中氢被银取代的物质。本发明的银纳米线导电液通过对银纳米线进行表面改性，使银纳米线和银纳米颗粒之间通过联结剂联结，具有弹性伸缩功能，可以提高导电性能和保持良好的透过率，具有良好的市场应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种银纳米线导电液及其制备方法。
背景技术
银纳米线透明导电膜被认为是柔性导电薄膜领域非常有前途的材料，而制备这种透明导电膜时需要将银纳米线做成一种可以导电的液体－银纳米线导电液，且银纳米线导电液中需要添加各种助剂以克服诸多问题，如透过率、雾度、导电性、基材润湿性等。
一般来说助剂种类越多、助剂含量越大，则银线导电性受影响越大。因此，专利CN103008679A通过将银线直接分散在醇类溶剂中制备出导电墨水，该方法减少了助剂用量和种类，但是却很难保证良好的涂覆效果。而为了保持良好的涂覆效果，专利CN104650653A、CN103627255A和CN104464880A在导电液中添加了很多不同种类的助剂来调节性能，但是其所选择的这些助剂大多是高分子助剂，在墨水涂覆后很难除去，导致薄膜导电性和透光率的降低。
专利CN105153814A提供了一种水基银纳米线墨水的配置方法，其使用羧甲基纤维素钠替换了美国Cambrios公司发表的专利US8018568B2、US8632700B2、US8723216B2和US8049333B2)中所使用的增稠剂羟丙基甲基纤维素，可以解决后处理过程中导致的薄膜的导电性和透光性不佳的问题。
专利CN105111824A提供了一种含有导电填料的醇基银纳米线墨水，其通过简单的物理掺杂填料如金属纳米离子(如金、银、铜等纳米粒子)、PEDOT：PSS、石墨烯、碳纳米管、金属氧化物。此方法的目的是通过填充银纳米线导电网络中的空隙，提升电导率，但是杂乱无序的填充物质会极大的增加光的散射，而导致涂覆后透明导电膜的雾度较大。
目前的研究表明：银纳米线的直径、银纳米颗粒直径和雾度具有指数变化关系。网络状银纳米线要求高的电导率，则要求单位面积中银纳米线的含量尽可能的高，从而保持高电导率；而高的透过率则要求银纳米线和颗粒的含量越少越好、分散越均匀越好。因此，如何平衡高透过率、高电导率、低雾度三者之间的关系则成为高性能透明导电膜的关键。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术的不足之处，提供一种表面改性的银纳米线导电液及其制备方法，旨在保持高透过率、低雾度的情况下，进一步其提高电导率。
本发明解决技术问题，采用如下技术方案：
本发明表面改性的银纳米线导电液，其特征在于：构成所述导电液的原料包括：
所述改性银纳米颗粒是由硝酸银在醇溶液体系中与巯基乙胺或3-巯基-1-丙胺发生反应，所生成的一端具有胺基、另一端巯基中氢被银取代的物质。所述醇溶液为乙二醇、丙二醇、丙三醇中的一种或几种的混合。
其中，所述的分散剂为羟丙基甲基纤维素或羧甲基纤维素钠。所述的流平剂为迪高流平剂410或道康宁流平剂DC-57。所述的基材润湿剂为氟碳表面活性剂(如杜邦FS-10、杜邦FS-63)。
本发明所述银纳米线导电液的制备方法，包括如下步骤：
a、将巯基乙胺或3-巯基-1-丙胺与硝酸银加入到作为还原剂的醇溶液中，在20℃-30℃搅拌10-20h，得到含改性银纳米颗粒的悬浮液A；
b、将所述悬浮液A加入到浓度为0.1-20mg/mL的银纳米线水分散液中，搅拌1-2h，得到含表面改性的银纳米线-银纳米粒子的悬浮液B；
c、在悬浮液B中加入分散剂、流平剂及基材润湿剂，搅拌1-2h，即得表面改性的银纳米线导电液。
本发明的原理为：由硝酸银在醇溶液体系中通过和巯基乙胺或3-巯基-1-丙胺发生反应，生成一端有胺基、另一端巯基中氢被银取代的物质，如在实验中发现胺基和银纳米线具有某种隐形的亲和力(如图1所示)，因此，银纳米线通过表面改性联结银纳米颗粒使颗粒和银纳米线之间具有了弹性伸缩的功能。通电后，通过纳米量子效应，在微观尺度上使银纳米线和改性银纳米颗粒有效的伸缩扩展，增大导电面积，同时定向填充导电粒子也增加了导电物质的含量，使导电液的电导率进一步提高。
本发明的有益效果体现在：
本发明表面改性的银纳米线导电液，通过对银纳米线进行表面改性，使银纳米线和银纳米线颗粒之间通过联结剂联结，具有弹性伸缩功能，可以在保持高透过率、低雾度的情况下，有效的降低近1/3的表面电阻，显著的提高了电导率；本发明的方法简单，操作方便。
附图说明
图1为本发明的原理示意图。
具体实施方式
下面将通过实施例对本发明的技术方案做清晰的阐述说明。
实施例1
本实施例表面改性的银纳米线导电液的原料包括：
本实施例按如下步骤制备表面改性的银纳米线导电液：
a、将0.1mol巯基乙胺与0.0054mol硝酸银加入到200mL乙二醇中，在25℃搅拌15h，得到含改性银纳米颗粒的悬浮液A；
b、将0.5mL悬浮液A加入到浓度为5mg/mL的银纳米线水分散液中，使总体积为100mL，且改性银纳米颗粒占银纳米线质量的0.5％，搅拌2h，得到含表面改性的银纳米线-银纳米粒子的悬浮液B；
c、在悬浮液B中加入0.1g的羟丙基甲基纤维素、0.01g的迪高流平剂410、0.01g的基材润湿剂杜邦FS-10，搅拌1-2h，即得表面改性的银纳米线导电液。
按表1对实施例1中的各原料及配比进行调整，并按相同的方式进行银纳米线导电液的制备。其中，实施例1～4、6～10所用分散剂为羟丙基甲基纤维素，实施例5所用分散剂为羧甲基纤维素钠；实施例1～5、7～10所用流平剂为迪高流平剂410，实施例6所用流平剂为道康宁DC-57；实施例1～6、8～10所用基材润湿剂为杜邦FS-10，实施例7所用基材润湿剂为杜邦FS-63。
表1.各实施例所制备导电液的原料组份
将上述实施例制备的导电液在PET上进行刮涂，然后在烘箱中80℃烘干30min，形成导电膜。
对导电膜进行表面电阻、透过率、雾度的测试，检测方法为：平均表面电阻采用ST-2258A多功能数字式四探针测试仪；透过率和雾度测试采用申光光电雾度仪器。
对导电膜的成膜效果进行观察：对刮涂后的PET膜进行表明观察，如果表面厚度均匀，则成膜效果良好，如果表面厚度不均匀，则成膜效果较差。
各实施例所得样品的测试结果见表2。
表2：各实施例的测试结果
对比实施例1、2、3、4可知，改性后银纳米线比没有改性银纳米线的表面电阻降低约1/3，其中透过率和雾度差距较小，且随着改性银纳米颗粒含量的增加表面电阻呈降低的趋势，透过率小幅降低，雾度呈现规律性增加。
对比实施例5、6、7可知，采用本发明中的分散剂、流平剂、基材润湿剂均可以保持良好的透过率、表面电阻、雾度。
对比实施例1和8可知，提高改性银纳米线的浓度，表面电阻明显降低，但是雾度明显提 高，说明改性银纳米线也需要一个合适的浓度，才能呈现出明显的优势。
对比实施例1、9、10可知，提高流平剂、分散剂、基材润湿剂含量后对成膜效果造成不同的影响，实施例1的表现效果更佳，实施例9、10表现效果稍差。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种表面改性的银纳米线导电液，其特征在于：构成所述导电液的原料包括：
上述原料总份数为100份；
所述改性银纳米颗粒是由硝酸银在醇溶液体系中与巯基乙胺或3-巯基-1-丙胺发生反应，所生成的一端具有胺基、另一端巯基中氢被银取代的物质。
2.根据权利要求1所述的银纳米线导电液，其特征在于：所述的分散剂为羟丙基甲基纤维素或羧甲基纤维素钠。
3.根据权利要求1所述的银纳米线导电液，其特征在于：所述的流平剂为迪高流平剂410或道康宁流平剂DC-57。
4.根据权利要求1所述的银纳米线导电液，其特征在于：所述的基材润湿剂为氟碳表面活性剂。
5.根据权利要求1所述的银纳米线导电液，其特征在于：所述醇溶液为乙二醇、丙二醇、丙三醇中的一种或几种的混合。
6.一种权利要求1～5中任意一项所述银纳米线导电液的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
a、将巯基乙胺或3-巯基-1-丙胺与硝酸银加入到作为还原剂的醇溶液中，在20℃-30℃搅拌10-20h，得到含改性银纳米颗粒的悬浮液A；
b、将所述悬浮液A加入到浓度为0.1-20mg/mL的银纳米线水分散液中，搅拌1-2h，得到含表面改性的银纳米线-银纳米粒子的悬浮液B；
c、在悬浮液B中加入分散剂、流平剂及基材润湿剂，搅拌1-2h，即得表面改性的银纳米线导电液。
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