CN107419244A - 一种纳米银导电膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纳米银导电膜及其制备方法，涉及纳米材料技术领域。一种纳米银导电膜的制备方法，包括：在基材表面形成聚多巴胺功能表层。然后，选取一定图形的光掩膜，对多巴胺功能表层进行光照刻蚀。接着，涂覆银纳米线/硝酸银溶液，反应后，在基材表面原位形成银纳米线/银纳米颗粒网络结构。最后，清洗干燥，得到图形化纳米银导电膜。制得的纳米银导电膜实现图形化处理，且稳定性好、导电性高、透光率好。聚多巴胺活性功能基团使得银纳米线在基材上能紧密黏附，且能将硝酸银还原生成银纳米粒子，形成银纳米线/银纳米颗粒网络结构，有利于减低膜电阻。该制备方法简便、高效、经济，具有工业化生产的潜力和广阔的应用前景。

Description

一种纳米银导电膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种纳米材料领域，且特别涉及一种纳米银导电膜及其制备方法。

背景技术

透明导电膜是一种具有较高透光率和良好导电能力的功能薄膜，已广泛应用于平板显示、光伏器件、触控面板等领域，具有极其广阔的市场空间。目前主要膜产品的材料是氧化铟锡(ITO)，但是ITO导电膜存在铟资源稀缺、生产工艺复杂、能耗高、保存困难、易黄花等问题，尤其是ITO作为一种氧化物，脆性大，柔韧性及抗挠折性极差。随着移动终端、可穿戴设备、智能家电等产品的迅猛发展，对触摸面板的需求愈加强劲，而且触控面板表示出大尺寸化、低价化的发展趋势，众面板厂商纷纷开始研究ITO的替代品，包括银、碳纳米管以及石墨烯等材料。其中，碳纳米管制成的薄膜产品导电性还不能达到ITO薄膜水平，工业量产技术也尚未完善；石墨烯薄膜仍处于研发阶段，离量产有较远的距离。相比之下，以银为材料的导电膜特别是纳米银图形化导电膜具有良好的柔性及透明导电性、耐屈挠性好等优点，为实现柔性、可弯曲触摸屏提供了可能，具有极大的商用潜力和价值，是目前的研究焦点和发展趋势。

利用金属网格技术可以在基材上压制形成银导电金属网格图案，得到网格银导电膜。受限于印刷制作的工艺水平，所制得的金属线宽较粗，通常大于5um，这样会导致在高像素下莫瑞干涉波纹非常明显。因此制成的薄膜产品不适用在智能手机、平板电脑等高分辨率的产品上，仅仅适用于观测距离较远的显示器屏幕。若能将薄膜中金属网格的线宽降低到1um左右，则能有效的避免莫瑞干涉的问题，但是制作成本大幅增加。另外，过细的金属线宽易在外力挤压时断裂，网格的阻值升高，对下游的控制IC芯片提出更高的灵敏度要求，这些都阻碍了金属网格银导电膜的产业应用。

Cima NanoTech公司开发了SANTE纳米银颗粒涂布技术，其专利核心是将含有银纳米粒子的有机乳液涂布到各类基底材料上，数秒内自组形成透明导电网络。不过该网络结构的图形不规则，无法精细调控，且线宽较大，约为5um。

田中贵金属工业公司的SuPR-NaP法是向氟类聚合物层照射紫外线，使图案部分形成潜影，然后在上面扫过银纳米墨，以化学方式使银纳米墨仅吸附在图案部分，实现图形化。所制得的纳米银图形化导电膜可用于触摸面板传感器，预定从2017年开始制造并销售。不过所用到的银纳米墨加工费用昂贵，且并不单独销售。

除此之外，现有其他技术与方法制备的纳米银导电膜往往也存在银纳米线与基材结合力差容易分离剥落、银导电膜导电性较低、透光性较低等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米银导电膜的制备方法，此制备方法简单、反应条件温和、成本低廉、高效经济，适用于工业化大规模生产。

本发明的另一目的在于提供一种纳米银导电膜，此纳米银导电膜稳定性好、透明性高、导电性高，是一种图形化的银柔性透明导电膜。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种纳米银导电膜的制备方法，包括以下步骤：

S1：在基材表面形成聚多巴胺功能表层；

S2：选取一定图形的光掩膜，对多巴胺功能表层进行光照刻蚀；

S3：涂覆银纳米线/硝酸银溶液，反应后，在基材表面原位形成银纳米线/银纳米颗粒网络结构；

S4：清洗干燥，得到图形化纳米银导电膜。

本发明提出一种纳米银导电膜，其根据上述制备方法制备得到。

本发明实施例的纳米银导电膜及其制备方法的有益效果是：

本发明通过基板改性和涂覆技术，构建银纳米线/银纳米颗粒网络结构，使银纳米结构自组装成为线宽为1～5um的细线图形，得到一种稳定性好、透明性高、导电性高的图形化银柔性透明导电膜。

利用多巴胺的自聚合反应在基材表面形成黏附性很强的聚多巴胺功能薄层，反应条件简单温和，成本较低。

对多巴胺功能表层进行光照刻蚀处理，可以使光照射处的聚多巴胺的功能基团失去活性。同时，利用光掩膜，可以实现导电膜的图形化设计。

聚多巴胺活性功能基团与银纳米线之间有螯合相互作用，有利于银纳米线在基材上的紧密黏附。聚多巴胺活性功能基团还具有还原性，能将硝酸银还原生成银纳米粒子，形成银纳米线/银纳米颗粒网络结构，有利于减低膜电阻。

本发明的制备方法简便、易于操作，反应条件温和，各项参数容易调控，成本低廉，高效经济，具有工业化生产的潜力和广阔的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。

图1为本发明实施例的1的纳米银导电膜的制备方法的步骤示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的纳米银导电膜及其制备方法进行具体说明。

本发明实施例提供的一种纳米银导电膜的制备方法，包括以下步骤：

S1：在基材表面形成聚多巴胺功能表层；

S2：选取一定图形的光掩膜，对多巴胺功能表层进行光照刻蚀；

S3：涂覆银纳米线/硝酸银溶液，反应后，在基材表面原位形成银纳米线/银纳米颗粒网络结构；

S4：清洗干燥，得到图形化纳米银导电膜。

进一步地，在本发明较佳实施例中，基材选自玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚碳酸酯和聚二甲基硅氧烷中的任意一种。

进一步地，在本发明较佳实施例中，S1步骤中，将基材浸入含多巴胺的碱性水溶液中进行反应，以形成聚多巴胺功能表层。碱性水溶液的pH值优选为7.5～12，更进一步地，pH值为8～8.5。在弱碱性条件下，反应条件更温和，且获得的聚多巴胺功能表层具有更优异的表面活性和黏附能力。

多巴胺能够在碱性水溶液条件下发生氧化-自聚合反应，形成强力黏附于基材表面的聚多巴胺功能表层。聚多巴胺功能表层具有非凡的表面活性，可以应用于多种类型的基材的表面。

进一步地，在本发明较佳实施例中，碱性水溶液中，多巴胺的浓度为0.01～5g/L。进一步地，多巴胺的浓度为1.0～1.5g/L，更为优选地，多巴胺的浓度为1.2g/L。在优选的浓度条件下，能够形成适宜的聚多巴胺功能表层，具有极强的黏附性且保证后续操作中，有效与银纳米线进行螯合，得到稳定性能优良的纳米银导电膜。

进一步地，在本发明较佳实施例中，S1步骤中，基材在碱性水溶液中的反应时间为1～48h。进一步优选地，反应时间为4～12h。

进一步地，在本发明较佳实施例中，S2步骤中，使用紫外光源进行光照刻蚀，紫外光源的波长为200～450nm、功率为100w～25kw。在上述紫外光照条件下，能够迅速使聚多巴胺的功能基团失去活性，缩短反应时间，提升生产效率。

紫外光源可以使所照射处的聚多巴胺的功能基团失去活性。在特定图形的光掩膜的作用下，未被紫外光源照射的部分保持聚多巴胺的功能基团的活性，而被紫外光源照射的部分失去活性，从而只在未被紫外光源照射处形成银纳米线/银纳米颗粒，实现导电膜的图形化设计。

进一步地，在本发明较佳实施例中，S2步骤中，光照刻蚀的时间为5～120min。进一步地，光照刻蚀的时间为15～20min。在上述条件下，保证聚多巴胺功能基团的失活，且避免能量浪费。

进一步地，在本发明较佳实施例中，S3步骤中，银纳米线/硝酸银溶液中，银纳米线的质量分数为0.1～5％。

进一步地，在本发明较佳实施例中，S3步骤中，银纳米线/硝酸银溶液中，硝酸银的质量分数为0.1～5％。

更进一步地，银纳米线/硝酸银溶液中，银纳米线和硝酸银的质量比为1:1.5～2。

银纳米线是一种一维纳米材料，其具有优越的光电性能和耐弯折性能。银是电的良导体，电阻率低、导电率高。将其作为代替传统ITO透明电极的材料，为实现柔性、可弯折LED显示、触摸屏提供了可能。

进一步地，在本发明的实施例中，银纳米线的直径为5～50nm，长径比为10～800。更为优选地，银纳米线的直径为40～50nm，长径比为15～30。长径比越大的银纳米线越适合导电膜的制备，获得性能越优越的导电膜。然而，在制备获得长度较长的银纳米线容易相互缠绕，而使得其难以均匀分散且容易发生沉淀。

进一步地，在本发明较佳实施例中，S3步骤中，采用喷涂法、旋涂法或浸渍法进行涂覆所述银纳米线/硝酸银溶液的操作，涂覆后，反应0.5～5h，以形成所述银纳米线/银纳米颗粒网络结构。进一步地，S3步骤中，反应时间为1～2h。

更为优选地，采用浸渍法进行涂覆操作。浸渍法的操作简单，易实现，能够形成均一稳定的产品。

本发明还提供了一种纳米银导电膜，其根据上述制备方法制备得到。此纳米银导电膜在基材的表面形成图形化的纳米结构。该纳米结构为银纳米线/纳米颗粒网络结构。进一步地，图形化的纳米结构的线宽为1～5μm。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供的一种纳米银导电膜，其根据以下步骤制备得到：

将素玻璃基材浸入含多巴胺的碱性水溶液中反应6h，在基材表面形成聚多巴胺功能表层，其中，碱性水溶液中，pH为8.4，多巴胺的浓度为1.2g/L。

利用光源(波长254nm，功率160w)，选取特定图形的光掩膜，对聚多巴胺层进行15min光照处理。

采用浸渍法进行涂覆银纳米线/硝酸银溶液，反应1.5h后，原位形成银纳米线/银纳米颗粒网络结构，其中，银纳米线直径为50nm，长径比为20，质量分数为0.1％；硝酸银的质量分数为0.2％。

冲洗干燥，得到图形化纳米银导电膜。

测试结果表明，本发明实施例中的纳米银导电膜透光率为90％，方阻为12Ω/sq。

实施例2

本实施例提供的一种纳米银导电膜，其根据以下步骤制备得到：

将素玻璃基材浸入含多巴胺的碱性水溶液中反应8h，在基材表面形成聚多巴胺功能表层，其中，碱性水溶液中，pH为8，多巴胺的浓度为1.0g/L。

利用光源(波长325nm，功率240w)，选取特定图形的光掩膜，对聚多巴胺层进行20min光照处理。

采用浸渍法进行涂覆银纳米线/硝酸银溶液，反应2h后，原位形成银纳米线/银纳米颗粒网络结构，其中，银纳米线直径为40nm，长径比为30，质量分数为0.2％；硝酸银的质量分数为0.3％。

冲洗干燥，得到图形化纳米银导电膜。

测试结果表明，本发明实施例中的纳米银导电膜透光率为83％，方阻为14Ω/sq。

实施例3

本实施例提供的一种纳米银导电膜，其根据以下步骤制备得到：

将素玻璃基材浸入含多巴胺的碱性水溶液中反应10h，在基材表面形成聚多巴胺功能表层，其中，碱性水溶液中，pH为10，多巴胺的浓度为0.03g/L。

利用光源(波长450nm，功率25kw)，选取特定图形的光掩膜，对聚多巴胺层进行120min光照处理。

采用浸渍法进行涂覆银纳米线/硝酸银溶液，反应5h后，原位形成银纳米线/银纳米颗粒网络结构，其中，银纳米线直径为5nm，长径比为10，质量分数为0.1％；硝酸银的质量分数为0.1％。

冲洗干燥，得到图形化纳米银导电膜。

测试结果表明，本发明实施例中的纳米银导电膜透光率为85％，方阻为15Ω/sq。

实施例4

本实施例提供的一种纳米银导电膜，其根据以下步骤制备得到：

将素玻璃基材浸入含多巴胺的碱性水溶液中反应12h，在基材表面形成聚多巴胺功能表层，其中，碱性水溶液中，pH为11，多巴胺的浓度为5g/L。

利用光源(波长450nm，功率25kw)，选取特定图形的光掩膜，对聚多巴胺层进行5min光照处理。

采用浸渍法进行涂覆银纳米线/硝酸银溶液，反应0.5h后，原位形成银纳米线/银纳米颗粒网络结构，其中，银纳米线直径为50nm，长径比为800，质量分数为5％；硝酸银的质量分数为5％。

冲洗干燥，得到图形化纳米银导电膜。

测试结果表明，本发明实施例中的纳米银导电膜透光率为79％，方阻为16Ω/sq。

此外，按照实施例1的参数制备银纳米导电膜，不同之处在于，改变基材在含多巴胺的碱性水溶液中的反应时间，反应时间分别为4h、6h、8h、10h和12h。测试结果表明，透光率随着浸入含多巴胺的碱性水溶液中的反应时间增加而略有下降。

综上所述，本发明实施例的纳米银导电膜，利用多巴胺的自聚合反应在基材表面形成很薄的聚多巴胺功能表层。聚多巴胺功能表层的黏附性很强，且具有多种特殊的功能基团。利用紫外光源可以对聚多巴胺功能表层进行图形化处理，在光掩膜的作用下，聚多巴胺功能表层被光源照射的地方失去活性。聚多巴胺功能表层的活性功能基团与银纳米线之间有螯合相互作用，有利于银纳米线在基材上的紧密黏附；聚多巴胺活性功能基团还具有还原性，能将硝酸银还原生成银纳米粒子，形成银纳米线/银纳米颗粒网络结构，有利于减低膜电阻。该方法简便、高效、经济，具有工业化生产的潜力和广阔的应用前景。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种纳米银导电膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：：

S1：在基材表面形成聚多巴胺功能表层；

S2：选取一定图形的光掩膜，对所述多巴胺功能表层进行光照刻蚀；

S3：涂覆银纳米线/硝酸银溶液，反应后，在所述基材表面原位形成银纳米线/银纳米颗粒网络结构；

S4：清洗干燥，得到图形化纳米银导电膜。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1步骤中，将所述基材浸入含多巴胺的碱性水溶液中进行反应，以形成所述聚多巴胺功能表层。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述碱性水溶液中，所述多巴胺的浓度为0.01～5g/L，所述碱性水溶液的pH值为7.5～12。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，S1步骤中，所述基材在所述碱性水溶液中的反应时间为1～48h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S2步骤中，使用紫外光源进行光照刻蚀，所述紫外光源的波长为200～450nm、功率为100w～25kw。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S2步骤中，光照刻蚀的时间为5～120min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S3步骤中，所述银纳米线/硝酸银溶液中，银纳米线的质量分数为0.1～5％，硝酸银的质量分数为0.1～5％。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S3步骤中，采用喷涂法、旋涂法或浸渍法进行涂覆所述银纳米线/硝酸银溶液的操作，涂覆后，反应0.5～5h，以形成所述银纳米线/银纳米颗粒网络结构。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基材选自玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚碳酸酯和聚二甲基硅氧烷中的一种。

10.一种纳米银导电膜，其特征在于，根据权利要求1～9任意一项所述的制备方法制备得到。