CN108376588A

CN108376588A - 一种银纳米线与氧化镍复合透明导电薄膜制备方法

Info

Publication number: CN108376588A
Application number: CN201810226238.4A
Authority: CN
Inventors: 张志勇; 吴民财; 吕媛媛; 吴朝新; 赵武; 焦博; 张敏; 樊攀; 马驰; 张艺凡; 李展; 邓鹏�
Original assignee: Northwest University
Current assignee: Northwest University
Priority date: 2018-03-19
Filing date: 2018-03-19
Publication date: 2018-08-07
Anticipated expiration: 2038-03-19
Also published as: CN108376588B

Abstract

本发明公开了一种银纳米线与氧化镍复合透明导电薄膜的制备方法，使用两步旋涂法将所制备的氧化镍覆在银纳米线透明导电薄膜上，合成银纳米线与氧化镍复合透明导电薄膜材料。本发明通过两步旋涂法制备出透光率大于90％，高热稳定性，方阻小于10Ω/□的银纳米线与氧化镍复合透明导电薄膜材料，本发明对透明电子显示等领域提供了重要的作用。

Description

一种银纳米线与氧化镍复合透明导电薄膜制备方法

技术领域

本发明属于纳米材料的制备技术领域，具体涉及一种银纳米线与氧化镍复合透明导电薄膜制备方法。

背景技术

近几年来，手机等一系列需要透明电极的电子产品的需求量与日俱增，而作为目前主流的ITO透明导电电极的稀有金属元素铟的储量仅够用20年左右，且ITO价格在不断抬高，因而极需一种替换的透明导电材料，银纳米线具备高电导率，制备成的薄膜透光率高达90％以上，因此，有望成为ITO的替换者，目前，银纳米线透明导电薄膜的方阻和透过率均已经能够达到透明导电电极的标准，但是其稳定性比较差，单纯的银纳米线透明导电薄膜制备的OLED器件在工作不到3秒就出现失效，原因在于纯银纳米线的搭接处电阻高，当通过此搭接处的电流足够大时，在纳米范围产生的高热量使得搭接处出现融断，因此，如何提高其稳定性是银纳米线能否替代ITO的关键技术。

目前，部分研究者已经提出通过覆盖聚合物的方法来提高其稳定性(Wei B，Wu X，Lian L，et al.A highly conductive and smooth AgNW/PEDOT:PSS film treated byhot-pressing as electrode for organic light emitting diode[J].OrganicElectronics，2017，43:182-188.)，但是大多聚合物在使用过程中容易发生变质。有些研究者提出采用石墨烯来提高其稳定性(Lee D，Lee H，Ahn Y，et al.High-performanceflexible transparent conductive film based on graphene/AgNW/graphene sandwichstructure[J].Carbon，2015，81(1):439-446.)，但是，单纯采用石墨烯即可作为透明电极，且石墨烯制备价格高、工艺复杂，难以大面积生长。另外，有些研究者提出采用氧化锌覆盖银纳米线的方法来提高其稳定性(Chen D，Zhao F，Tong K，et al.Mitigation ofElectrical Failure of Silver Nanowires under Current Flow and the Applicationfor Long Lifetime Organic Light‐Emitting Diodes[J].Advanced ElectronicMaterials，2016，2(8):1600167.)，其使用了高昂的原子层沉积设备，生产成本较高。

发明内容

针对现有制备技术的缺陷和不足，本发明提供了一种利用氧化镍纳米级颗粒覆盖银纳米线来提高其稳定性的方法，此方法制备工艺简单、设备及材料成本低廉、提升热稳定性效果明显。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：

一种银纳米线与氧化镍复合透明导电薄膜制备方法，

包括以下步骤：

步骤1)玻璃基片依次用玻璃洗涤剂，去离子水，乙醇丙酮混合液，去离子水洗涤15min，使用紫外臭氧等离子体将干燥的玻璃基片处理5min去除残留的有机物；

步骤2)用1mL～4mL的乙醇稀释1mL浓度为10mg/mL的银纳米线原液得到2～5mg/mL的银纳米线分散液；

步骤3)用滴管取2～5mg/mL的银纳米分散液在基底上滴加2～3滴，以3000～4000r/min转速旋涂获得纯银纳米线透明导电薄膜；

步骤4)称取0.001mol的四水合乙酸镍，溶于50mL乙醇中，搅拌30min以上获得均匀的浅绿色溶液，再缓慢滴入1.1mL乙醇胺，溶液由浅绿色变为浅蓝色，继续搅拌约30min以上，得到均匀的浅蓝色溶液，最后将所得溶液放入烘箱中，在60℃下沉化20h，得到氧化镍溶胶；

步骤5)用滴管取氧化镍溶胶在纯银纳米线透明导电薄膜上滴加1～2滴，通过旋涂和退火获得银纳米线与氧化镍复合透明导电薄膜。

在步骤2)中，所述银纳米线分散液的浓度为2～5mg/mL。

在步骤3)中，所述银纳米线分散液的旋涂转速为3000～4000r/min。

在步骤5)中，所述氧化镍溶胶的旋涂转速为2000～4000r/min。

在步骤5)中，在所述玻璃基底上旋涂银纳米线与氧化镍之后，对其进行退火处理。

所述退火处理对应退火温度为320～450℃，退火时间为30min。

在步骤1)中，所述乙醇丙酮混合液中乙醇和丙酮摩尔比为1：1。

本发明具有如下有益效果：

1)本发明全部采用旋涂方式进行，所用的设备简单，成本低廉；

2)本发明在制备过程中的各个步骤都不产生有毒有害物质，有利于环境保护；

3)本发明需要的原料易大量获得，成本低，工艺简单，适合工业化大规模生产；

4)本发明所得最高耐热温度可达到450℃；

5)本发明所得银纳米线透明导电薄膜对基底的粘附性强，可以进行超声清洗而不脱落。

附图说明

图1为本发明中实施例1的XRD图谱；

图2为本发明中实施例2的XRD图谱；

图3为本发明中实施例3的XRD图谱；

图4为本发明中对比例1的XRD图谱；

图5为本发明中对比例2的XRD图谱；

图6为本发明中实施例1的SEM照片；

图7为本发明中实施例2的SEM照片；

图8为本发明中实施例3的SEM照片；

图9为本发明中实施例3的SEM照片；

图10为本发明中对比例1的SEM照片；

图11为本发明中对比例2的SEM照片。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明所制备的银纳米线与氧化镍复合透明导电薄膜复合材料，采用优化的工艺参数制备银纳米线与氧化镍复合透明导电薄膜材料。本发明主要采用旋涂法，通过控制转速等因素获得了一种银纳米线与氧化镍复合透明导电薄膜复合材料，需要的原料易大量获得，成本低，设备简单，工艺简单，适合批量生产。

实施例一：

步骤1)，玻璃基片依次用玻璃洗涤剂，去离子水，乙醇丙酮(摩尔比1：1)混合液，去离子水洗涤15min，使用紫外臭氧等离子体将干燥的玻璃基片处理5min去除残留的有机物。

步骤2)，用4mL乙醇稀释1mL浓度为10mg/mL的银纳米线原液得到浓度为2mg/mL的银纳米线分散液。

步骤3)，用滴管取浓度为2mg/mL的银纳米分散液在基底上滴加2～3滴，以4000r/min转速旋涂获得纯银纳米线透明导电薄膜。

步骤4)，称取0.001mol的四水合乙酸镍，溶于50mL乙醇中，搅拌30min以上获得浅绿色溶液，再缓慢滴入1.1mL乙醇胺，溶液由浅绿色变为浅蓝色，继续搅拌约30min以上，得到均匀浅蓝色溶液，最后将所得溶液放入烘箱中，在60℃下沉化20h，得到氧化镍溶胶。

步骤5)，用滴管取氧化镍溶胶在纯银纳米线透明导电薄膜上滴加1～2滴，以4000r/min转速旋涂，然后以320℃退火30min获得银纳米线与氧化镍复合透明导电薄膜。

该薄膜的X射线衍射图谱如图1所示，扫描电子显微镜照片如图6所示；

图1说明实施例一的产物是银纳米线与氧化镍复合透明导电薄膜材料，图4说明实施例一的产物为氧化镍在银纳米线薄膜上。

实施例二：

步骤1)：与实施例一相同；

步骤2)：用1mL乙醇稀释1mL浓度为10mg/mL的银纳米线原液得到浓度为5mg/mL的银纳米线分散液。

步骤3)：用滴管取浓度为5mg/mL的银纳米分散液在基底上滴加2～3滴，以2000r/min转速旋涂获得纯银纳米线透明导电薄膜。

步骤4)：与实施例一相同；

步骤5)：用滴管取氧化镍溶胶在纯银纳米线透明导电薄膜上滴加1～2滴，以2000r/min转速旋涂，然后以450℃退火30min获得银纳米线与氧化镍复合透明导电薄膜。

该薄膜的X射线衍射图谱如图2所示，扫描电子显微镜照片如图7所示；

图2说明实施例二的产物是银纳米线与氧化镍复合透明导电薄膜材料，图7说明实施例二的产物为氧化镍在银纳米线薄膜上，氧化镍覆盖较完全。

实施例三：

步骤1)：与实施例一步骤1)相同；

步骤2)：用滴管取浓度为3mg/mL的银纳米分散液在基底上滴加2～3滴，以2000r/min转速旋涂获得纯银纳米线透明导电薄膜。

步骤3)：然后以200℃退火30min。

该薄膜的X射线衍射图谱如图3所示，扫描电子显微镜照片如图8、图9所示；

图3说明实施例三是银纳米线薄膜材料，图8为退火前的扫描电子显微镜照片说明实施例三的产物为银纳米线薄膜，图9为退火后的扫描电子显微镜照片说明实施例三银纳米线薄膜在200℃退火30min后，银纳米线断裂。

对比例一：

步骤1)：与实施例一步骤1)相同；

步骤2)：与实施例一步骤2)相同；

步骤3)：与实施例一步骤3)相同；

步骤4)：与实施例一步骤4)相同；

步骤5)：用滴管取氧化镍溶胶在纯银纳米线透明导电薄膜上滴加1～2滴，以3000r/min转速旋涂，然后以270℃退火30min。

该薄膜的X射线衍射图谱如图4所示，扫描电子显微镜照片如图10所示；

图4说明对比例是银纳米线透明导电薄膜材料，没有出现氧化镍的衍射峰，图10说明在270℃退火30min没能形成氧化镍结晶纳米微粒。

对比例二：

步骤1)：与实施例一步骤1)相同；

步骤2)：与实施例一步骤2)相同；

步骤3)：与实施例一步骤3)相同；

步骤4)：与实施例一步骤4)相同；

步骤5)：用滴管取氧化镍溶胶在纯银纳米线透明导电薄膜上滴加1～2滴，以3000r/min转速旋涂，然后以500℃退火30min。

该薄膜的X射线衍射图谱如图5所示，扫描电子显微镜照片如图11所示；

图5说明对比例是银纳米线与氧化镍复合透明导电薄膜材料，图11说明在500℃退火30min后，银纳米线部分破裂。

综上所述，本发明涉及一种银纳米线与氧化镍复合透明导电薄膜制备方法，所采用的旋涂法过程工艺简单，可控性强，成本低廉，适合批量生产。

以上对本发明实施例所公开的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种银纳米线与氧化镍复合透明导电薄膜制备方法，

其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的银纳米线与氧化镍复合透明导电薄膜制备方法，其特征在于，在步骤2)中，所述银纳米线分散液的浓度为2～5mg/mL。

3.如权利要求1所述的银纳米线与氧化镍复合透明导电薄膜制备方法，其特征在于，在步骤3)中，所述银纳米线分散液的旋涂转速为3000～4000r/min。

4.如权利要求1所述的银纳米线与氧化镍复合透明导电薄膜制备方法，其特征在于，在步骤5)中，所述氧化镍溶胶的旋涂转速为2000～4000r/min。

5.如权利要求1所述的银纳米线与氧化镍复合透明导电薄膜制备方法，其特征在于，在步骤5)中，在所述玻璃基底上旋涂银纳米线与氧化镍之后，对其进行退火处理。

6.如权利要求5所述的银纳米线与氧化镍复合透明导电薄膜制备方法，其特征在于，所述退火处理对应退火温度为320～450℃，退火时间为30min。

7.如权利要求1所述的银纳米线与氧化镍复合透明导电薄膜制备方法，其特征在于，所述乙醇丙酮混合液中乙醇和丙酮摩尔比为1：1。