CN108628502B - 触摸屏用水性复合导电浆料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及触摸屏技术领域，尤其涉及触摸屏用水性复合导电浆料及其制备方法和应用，水性复合导电浆料以25w％异丙醇溶液为溶剂，分散有复合填料，所述复合填料是填铜碳纳米管阵列与银纳米线复合再包覆碳纳米管制得，其中填铜碳纳米管阵列中铜与碳纳米管阵列的质量比为1:(1.0～2.5)；本发明的复合导电浆料采用喷射方法在触摸屏基材上形成图案画导电线路，且采用喷嘴上加装有压电陶瓷的压电式喷头进行4～6次喷射。本发明采用了具有柔韧性较强、透明度较高的碳纳米管和银纳米线，形成的导电线路精细，表现出良好的可拉伸性和柔性，可承受大幅度形变，且耐腐蚀。

Description

触摸屏用水性复合导电浆料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及触摸屏技术领域，尤其涉及触摸屏用水性复合导电浆料及其制备方法和应用。

背景技术

触摸屏又称为“触控屏”、“触控面板”，是一种可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。触摸屏技术作为目前一种最简单、方便、自然的人机交互方式已受到全球的普遍重视，并被广泛应用于各个行业中。

触摸屏包括电阻式、电容式、光学式、电磁式等，其中电容式触摸屏具有反应快、可靠度佳及耐用度高、可实现多点触控等优势，在移动终端机上应用较多。同时随着柔性显示技术的发展，现在的移动终端如手机、智能手表、智能手环等都有向轻薄化、柔性可弯折方向发展的趋势。因此，对于在便携终端中使用的触摸屏，也逐渐开始要求柔性，即要求薄度和易弯曲性。目前柔性触摸屏最常用的是外挂式电容触摸屏，选用柔性塑料做基材，在其上制作透明导电膜电极线路，然后通过贴合工艺贴附到柔性显示屏上应用。而现在最常用的透明电极材料是ITO，其制备工艺相对成熟，但其脆性较高，柔性显示设备在使用过程中进行弯折时，ITO透明感应电极很容易产生应力集中而出现裂纹并扩展，导致触摸性能不良。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供触摸屏用水性复合导电浆料及其制备方法和应用，采用了具有柔韧性较强、透明度较高的碳纳米管和银纳米线，形成的导电线路精细，表现出良好的可拉伸性和柔性，可承受大幅度形变，且耐腐蚀。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

触摸屏用水性复合导电浆料，所述复合导电浆料以25w％异丙醇溶液为溶剂，分散有复合填料，所述复合填料是填铜碳纳米管阵列与银纳米线复合再包覆碳纳米管制得。

进一步，所述填铜碳纳米管阵列中铜与碳纳米管阵列的质量比为1:(1.0～2.5)。

进一步，所述碳纳米管阵列是卷曲状且含有螺旋结构的碳纳米管阵列，且卷曲的和螺旋的碳纳米管均呈竹节状。

螺旋的碳纳米管在其拓扑六元环层内周期性分布有五元碳环和七元碳环，可使碳管电子能级交叠，产生半金属特性和超导特性，具有较强的导电性能。

进一步，所述银纳米线的直径为45～80nm，长径比为(65～100)：1。

进一步，所述复合导电浆料还包括分散剂和粘结剂，所述分散剂为聚乙烯蜡或微晶石蜡，所述粘结剂为纳米玻璃粉。

另外，本发明还公开了上述触摸屏用水性复合导电浆料的制备方法，包括以下步骤：

复合填料的制备：取异丙醇和去离子水混合，再加入聚乙烯蜡或微晶石蜡搅拌，得到质量分数为25％的异丙醇水溶液，向异丙醇水溶液中加入质量比为1:2的填铜碳纳米管阵列和银纳米线搅拌，于温度35～45℃、频率100～280GHz微波振荡2～5h，得到银铜碳纳米管，取质量比为2.5:1的银铜碳纳米管和碳纳米管加入球磨罐中球磨6～10h，即得到复合填料；

导电浆料的制备：取50～70份复合填料搅拌分散于异丙醇溶液中，再加入5～15份粘结剂和1～3份分散剂搅拌1～1.5h，得到导电浆料。

进一步，所述填铜碳纳米管阵列是以螺旋型碳纳米管阵列为工作电极，采用电化学沉积法制备而得。

进一步，所述螺旋型碳纳米管阵列是以二甲苯为碳源和二茂铁为催化剂，乙二胺为促进剂，于870～1000℃在石英基片上生长制得。

进一步，所述复合导电浆料采用喷射方法在触摸屏基材上形成图案画导电线路，且采用喷嘴上加装有压电陶瓷的压电式喷头进行4～6次喷射。

本发明的水性复合导电浆料中将铜填充于螺旋型碳纳米管中，使得铜分散较均匀，且可通过螺旋型碳纳米管的包覆保护作用，避免铜氧化，再与银纳米线结合，银纳米线继续填充于螺旋型碳纳米管的空隙中，与铜接触连接，形成金属网络状，能够降低导电线路的电阻，提高导电性，最后再包覆碳纳米管可以进一步隔绝空气，避免铜和银纳米线被氧化；碳纳米管和银纳米线的柔韧性较佳，且耐腐蚀，用于导电浆料的制备中，可增强导电线路的柔软性，形成的导电线路精细，表现出良好的可拉伸性和柔性，可承受大幅度形变。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：

本发明的水性复合导电浆料，以25w％异丙醇溶液为溶剂，分散有复合填料、分散剂和粘结剂，其中，分散剂为聚乙烯蜡或微晶石蜡，粘结剂为纳米玻璃粉，复合填料是填铜碳纳米管阵列与银纳米线复合再包覆碳纳米管制得，优选填铜碳纳米管阵列中铜与碳纳米管阵列的质量比为1:(1.0～2.5)，优选碳纳米管阵列是卷曲状且含有螺旋结构的碳纳米管阵列，且卷曲的和螺旋的碳纳米管均呈竹节状，优选银纳米线的直径为45～80nm，长径比为(65～100)：1。

本发明的触摸屏用水性复合导电浆料的制备如下：

实施例一

碳纳米管阵列的制备：采用分析纯的甲醇、乙醇、甲苯和二甲苯等碳氢液相为碳源和二茂铁为催化剂，将二茂铁分别溶于碳氢液相中，超声波混匀，形成黄色透明的二茂铁和碳氢物溶液；将二茂铁和碳氢物溶液充入液相注射器，以石英片为衬底，在碳氢物和二茂铁反应中加入乙二胺为碳管结构促生长剂，加入方式为将乙二胺充入另一注射器，与二茂铁和碳氢物溶液分别注入反应区，随后将其置入乙醇中进行超声清洗，清洗完毕后放入管式炉中，密封，通入流动氩气，将管式炉以5℃/min的速率升温至900℃反应30min，停止注入反应物，关闭气流，降温至室温，取出生长有碳沉积膜产物的石英片，将碳沉积膜取下，得到碳纳米管阵列。制备得到的碳纳米管阵列中有卷曲状结构的和螺旋状结构的，且卷曲的和螺旋的碳纳米管均呈竹节状。

填铜碳纳米管阵列的制备：将螺旋型碳纳米管阵列制作成工作电极，以大面积紫铜片为对电极，以0.2mol/L硫酸铜和0.1mol/L硫酸溶液为基础镀液，0.2mol/L十六烷基三甲基溴化铵为添加剂，在10mA的电流密度下电沉积反应1h，取出工作电极，得到铜与碳纳米管阵列的质量比为1:1的填铜碳纳米管阵列。

复合填料的制备：取异丙醇和去离子水混合，配制得到25％的异丙醇水溶液，向100mL异丙醇水溶液中加入0.5g聚乙烯蜡搅拌混匀，随后向异丙醇水溶液中加入质量比为5g填铜碳纳米管阵列和10g银纳米线搅拌分散，于温度35℃、频率100GHz微波振荡2h，得到银铜碳纳米管，其中，银纳米线的直径为45～80nm，长径比为(65～100)：1。取5g银铜碳纳米管和2g碳纳米管加入球磨罐中球磨8h，即得到复合填料。

导电浆料的制备：取50重量份复合填料搅拌分散于异丙醇溶液中，再加入5重量份纳米玻璃粉和1重量份聚乙烯蜡搅拌1h，得到导电浆料。

实施例二

碳纳米管阵列的制备：采用分析纯的甲醇、乙醇、甲苯和二甲苯等碳氢液相为碳源和二茂铁为催化剂，将二茂铁分别溶于碳氢液相中，超声波混匀，形成黄色透明的二茂铁和碳氢物溶液；将二茂铁和碳氢物溶液充入液相注射器，以石英片为衬底，在碳氢物和二茂铁反应中加入乙二胺为碳管结构促生长剂，加入方式为将乙二胺充入另一注射器，与二茂铁和碳氢物溶液分别注入反应区，随后将其置入乙醇中进行超声清洗，清洗完毕后放入管式炉中，密封，通入流动氩气，将管式炉以10℃/min的速率升温至1000℃反应30min，停止注入反应物，关闭气流，降温至室温，取出生长有碳沉积膜产物的石英片，将碳沉积膜取下，得到螺旋型碳纳米管阵列。

填铜碳纳米管阵列的制备：将螺旋型碳纳米管阵列制作成工作电极，以大面积紫铜片为对电极，以0.3mol/L硫酸铜和0.1mol/L硫酸溶液为基础镀液，0.2mol/L十六烷基三甲基溴化铵为添加剂，在30mA的电流密度下电沉积反应1h，取出工作电极，得到铜与碳纳米管阵列的质量比为1:2的填铜碳纳米管阵列。

复合填料的制备：取异丙醇和去离子水混合，配制得到25％的异丙醇水溶液，向100mL异丙醇水溶液中加入0.3g聚乙烯蜡搅拌混匀，随后向异丙醇水溶液中加入质量比为4g填铜碳纳米管阵列和8g银纳米线搅拌分散，于温度45℃、频率280GHz微波振荡5h，得到银铜碳纳米管，其中，银纳米线的直径为45～80nm，长径比为(65～100)：1。取5g银铜碳纳米管和2g碳纳米管加入球磨罐中球磨6h，即得到复合填料。

导电浆料的制备：取55重量份复合填料搅拌分散于异丙醇溶液中，再加入8重量份纳米玻璃粉和2重量份微晶石蜡搅拌1.5h，得到导电浆料。

实施例三

碳纳米管阵列的制备：采用分析纯的甲醇、乙醇、甲苯和二甲苯等碳氢液相为碳源和二茂铁为催化剂，将二茂铁分别溶于碳氢液相中，超声波混匀，形成黄色透明的二茂铁和碳氢物溶液；将二茂铁和碳氢物溶液充入液相注射器，以石英片为衬底，在碳氢物和二茂铁反应中加入乙二胺为碳管结构促生长剂，加入方式为将乙二胺充入另一注射器，与二茂铁和碳氢物溶液分别注入反应区，随后将其置入乙醇中进行超声清洗，清洗完毕后放入管式炉中，密封，通入流动氩气，将管式炉以10℃/min的速率升温至950℃反应60min，停止注入反应物，关闭气流，降温至室温，取出生长有碳沉积膜产物的石英片，将碳沉积膜取下，得到螺旋型碳纳米管阵列。

填铜碳纳米管阵列的制备：将螺旋型碳纳米管阵列制作成工作电极，以大面积紫铜片为对电极，以0.4mol/L硫酸铜和0.1mol/L硫酸溶液为基础镀液，0.2mol/L十六烷基三甲基溴化铵为添加剂，在40mA的电流密度下电沉积反应1h，取出工作电极，得到铜与碳纳米管阵列的质量比为1:2.5的填铜碳纳米管阵列。

复合填料的制备：取异丙醇和去离子水混合，配制得到25％的异丙醇水溶液，向100mL异丙醇水溶液中加入0.1g聚乙烯蜡搅拌混匀，随后向异丙醇水溶液中加入质量比为4g填铜碳纳米管阵列和8g银纳米线搅拌分散，于温度40℃、频率200GHz微波振荡3h，得到银铜碳纳米管，其中，银纳米线的直径为45～80nm，长径比为(65～100)：1。取5g银铜碳纳米管和2g碳纳米管加入球磨罐中球磨10h，即得到复合填料。

导电浆料的制备：取60重量份复合填料搅拌分散于异丙醇溶液中，再加入12重量份纳米玻璃粉和2.5重量份微晶石蜡搅拌1.5h，得到导电浆料。

实施例四

碳纳米管阵列的制备同实施例三。

填铜碳纳米管阵列的制备：将螺旋型碳纳米管阵列制作成工作电极，以大面积紫铜片为对电极，以0.5mol/L硫酸铜和0.1mol/L硫酸溶液为基础镀液，0.2mol/L十六烷基三甲基溴化铵为添加剂，在50mA的电流密度下电沉积反应1h，取出工作电极，得到填铜碳纳米管阵列。得到铜与碳纳米管阵列的质量比为1:2.5的填铜碳纳米管阵列。

复合填料的制备：取异丙醇和去离子水混合，配制得到25％的异丙醇水溶液，向100mL异丙醇水溶液中加入0.2g聚乙烯蜡搅拌混匀，随后向异丙醇水溶液中加入质量比为3g填铜碳纳米管阵列和6g银纳米线搅拌分散，于温度40℃、频率150GHz微波振荡4h，得到银铜碳纳米管，其中，银纳米线的直径为45～80nm，长径比为(65～100)：1。取5g银铜碳纳米管和2g碳纳米管加入球磨罐中球磨7h，即得到复合填料。

导电浆料的制备：取70重量份复合填料搅拌分散于异丙醇溶液中，再加入15重量份纳米玻璃粉和3重量份微晶石蜡搅拌1.5h，得到导电浆料。

本发明的导电浆料可采用喷射方法在触摸屏基材上形成图案画导电线路，且采用喷嘴上加装有压电陶瓷的压电式喷头进行4～6次喷射。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (8)

1.触摸屏用水性复合导电浆料，其特征在于，所述复合导电浆料以25w％异丙醇溶液为溶剂，分散有复合填料，所述复合填料是填铜碳纳米管阵列与银纳米线复合再包覆碳纳米管制得；

复合填料的制备：取异丙醇和去离子水混合，再加入聚乙烯蜡或微晶石蜡搅拌，得到质量分数为25％的异丙醇水溶液，向异丙醇水溶液中加入质量比为1:2的填铜碳纳米管阵列和银纳米线搅拌，于温度35～45℃、频率100～280GHz微波振荡2～5h，得到银铜碳纳米管，取质量比为2.5:1的银铜碳纳米管和碳纳米管加入球磨罐中球磨6～10h，即得到复合填料；

导电浆料的制备：取50～70份复合填料搅拌分散于异丙醇溶液中，再加入5～15份粘结剂和1～3份分散剂搅拌1～1.5h，得到导电浆料。

2.根据权利要求1所述的触摸屏用水性复合导电浆料，其特征在于，所述填铜碳纳米管阵列中铜与碳纳米管阵列的质量比为1:(1.0～2.5)。

3.根据权利要求2所述的触摸屏用水性复合导电浆料，其特征在于，所述碳纳米管阵列是卷曲状且含有螺旋结构的碳纳米管阵列，且卷曲的和螺旋的碳纳米管均呈竹节状。

4.根据权利要求3所述的触摸屏用水性复合导电浆料，其特征在于，所述银纳米线的直径为45～80nm，长径比为(65～100)：1。

5.根据权利要求4所述的触摸屏用水性复合导电浆料，其特征在于，所述复合导电浆料还包括分散剂和粘结剂，所述分散剂为聚乙烯蜡或微晶石蜡，所述粘结剂为纳米玻璃粉。

6.根据权利要求5所述的触摸屏用水性复合导电浆料，其特征在于，所述填铜碳纳米管阵列是以螺旋型碳纳米管阵列为工作电极，采用电化学沉积法制备而得。

7.根据权利要求6所述的触摸屏用水性复合导电浆料，其特征在于，所述螺旋型碳纳米管阵列是以二甲苯为碳源和二茂铁为催化剂，乙二胺为促进剂，于870～1000℃在石英基片上生长制得。

8.根据权利要求7所述的水性复合导电浆料的应用，其特征在于，所述复合导电浆料采用喷射方法在触摸屏基材上形成图案画导电线路，且采用喷嘴上加装有压电陶瓷的压电式喷头进行4～6次喷射。