CN113764137B - 纳米银线导电膜的制备方法、纳米银线导电膜及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米银线导电膜的制备方法、纳米银线导电膜及其应用。纳米银线导电膜的制备方法包括以下步骤：在一基材层上铺设纳米银线墨水以形成纳米银线墨水层，表干后，再对所述纳米银线墨水层进行UV曝光，使所述纳米银线墨水层的局部区域按照预设的线路形成电路图案，然后烘烤固化，得到纳米银线导电膜；其中，所述纳米银线墨水包括纳米银线、溶剂、UV胶及低介电常数化合物；所述UV胶含量为0.2％‑5％，所述低介电常数化合物的含量为2％‑8％。本发明的制备方法相比于激光蚀刻方法，成本更低、产能高、产品良率高；该纳米银线导电膜的导电区域与非导电区域在外观上无差别，消影好，作为电极用于触控屏和显示屏中显示效果好。
Description
技术领域
本发明涉及纳米银线导电膜技术领域，尤其涉及一种纳米银线导电膜的制备方法、纳米银线导电膜及其应用。
背景技术
导电薄膜是一种能导电的薄膜，例如ITO膜、纳米银线导电薄膜，现广泛应用于显示器、触控屏等领域。
现有的一种纳米银线导电膜在制造时是在基材上先涂布一层纳米银线墨水，再涂布一层透明保护层，其中的纳米银线墨水层是导电的，通过此方法获得的整张膜都是导电的，因此需要采用激光蚀刻的方式制作导电线路，才能形成电极。该方式需要的激光机设备成本高，产能低，产品的良率低。而且，以激光蚀刻工艺制得的产品导电膜消影差，用在显示屏上会影响最终的显示效果。
有鉴于此，需要提出一种新的技术方案来解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提供一种纳米银线导电膜的制备方法、纳米银线导电膜及其应用，该制备方法相比于激光蚀刻方法，成本更低、产能高、产品良率高；该纳米银线导电膜在外观上无差别，导电膜消影好，作为电极用于触控屏和显示屏中显示效果好。
为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：
本发明的第一方面提供纳米银线导电膜的制备方法，包括以下步骤：
在一基材层上铺设纳米银线墨水以形成纳米银线墨水层；表干后，再对所述纳米银线墨水层进行UV曝光，使所述纳米银线墨水层的局部区域按照预设的线路形成电路图案；然后烘烤固化，得到纳米银线导电膜；
其中，所述纳米银线墨水包括纳米银线、溶剂、及低介电常数化合物；所述UV胶含量为0.2％-5％，所述低介电常数化合物的含量为2％-8％。
作为进一步的改进，所述溶剂包括醇类、醚类、酯类、酮类、烃类、芳香族等中的一种或多种；
所述UV胶包括环氧丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸树脂、聚醚丙烯酸树脂、纯丙烯酸树脂和乙烯基树脂中的一种或多种；
所述低价电常数化合物包括低介电常数的金属化合物、非金属化合物或有机化合物。
作为进一步的改进，所述金属化合物包括二氧化钛、氧化锌、氧化锆的至少一种；
所述非金属化合物包括二氧化硅、氮氧化硅、碳化硅的至少一种；
所述有机化合物包括聚酰亚胺、聚苯并恶嗪、聚硅氧烷、聚酰胺的至少一种。
作为进一步的改进，还包括以下步骤：
在所述纳米银线墨水层表面铺设一保护层，所述保护层可在所述UV曝光之前进行铺设或在所述UV曝光之后进行铺设。
作为进一步的改进，所述保护层包括硅胶、环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂的一种或多种。
作为进一步的改进，所述表干温度不超过60℃；
所述UV曝光时间为5-180s，所述烘烤固化温度为不低于120℃。
作为进一步的改进，所述基材层的材料包括柔性材料或刚性材料；
所述柔性材料包括PET、PEN或PI；
所述刚性材料包括玻璃、PMMA或石英板。
作为进一步的改进，所述铺设的方法包括喷涂、挤压涂布、丝网印刷或喷墨打印。
本发明的第二方面提供一种使用上述制备方法制得的纳米银线导电膜。
本发明的第三方面提供一种纳米银线导电膜的应用，将所述纳米银线导电膜作为触摸屏、太阳能电池、液晶手写板、电子窗帘、加热膜或LED显示屏的电极。
相比于现有技术，本发明带来以下技术效果：
本发明提供的纳米银线导电膜的制备方法，在纳米银线墨水中含有UV胶及低介电常数化合物，以此制作的纳米银线墨水层本身是不导电的，再经过UV曝光后，在纳米银线墨水层的特定区域形成导电电路图案，从而得到最终的纳米银线导电膜，此方法在铺设一层墨水层后再经过光照就能得到具备一定电路功能的纳米银线导电膜，相比于现有技术中采用激光蚀刻的方法，成本更低、产能更高，且采用的工艺相对成熟，因此产品良率更高；以该方法制得的纳米银线导电膜，其上的导电区域和非导电区域外观上无差别，因此消影好，当将其作为电极应用在触控屏和显示屏上时，能够获得更好的显示效果。
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示出了各种状态下纳米银线墨水层的高倍扫描电镜SEM图：
a为常温或低温表干的纳米银线墨水层，膜层中还含有一些未完全挥发的有机物质，此时纳米银线搭接较为疏松，银线与银线之间搭接处并未完全固化；
b为UV曝光后的纳米银线墨水层，此时银线搭接致密化，固定化，该区域银线膜层导电良好；
C为经过UV曝光然后高温烘烤后的纳米银线墨水层，此时纳米银线搭接仍然致密化，固定化，导电性良好，没有受到低介电常数化合物高温固化的影响；
d为未经过UV曝光高温烘烤后的纳米银线墨水层，此时由于低介电常数化合物的高温固化，搭接疏松的银线跟随着完全固化，线与线之间由低介电常数化合物完全隔开，银线膜层绝缘不导电。
具体实施方式
本发明揭示了一种纳米银线导电膜的制备方法、使用该方法制得的纳米银线导电膜及其应用。
所述纳米银线导电膜的制备方法包括以下步骤：
在一基材层上铺设纳米银线墨水以形成纳米银线墨水层，表干后，再对所述纳米银线墨水层进行UV曝光，使所述纳米银线墨水层的局部区域按照预设的线路形成电路图案，然后烘烤固化，得到纳米银线导电膜；
其中，所述纳米银线墨水包括纳米银线、溶剂、UV胶及低介电常数化合物；所述UV胶含量为0.2％-5％，所述低介电常数化合物的含量为2％-8％。本实施例所述组分含量均指质量百分比。
请参阅图1，纳米银线墨水铺设在基材层上后，形成一层纳米银线墨水层，该纳米银线墨水层在常温或低温下表干，温度不超过60℃，如图1a所示，此时，纳米银线处于低介电常数化合物、UV胶、一些未完全挥发的溶剂包围中，纳米银线相互搭接比较疏松，搭接处由低介电常数化合物和UV胶等隔开。由于膜层中的低介电常数化合物和UV胶都只是处于表干而未完全固化状态，纳米银线的搭接状态并未定型，这为后续进一步处理和纳米银线的微观移动、搭接紧密度变化等提供了可能。
接着，将此纳米银线墨水层在UV下进行曝光，曝光的区域，如图1b所示，含光引发剂的UV胶在UV辐射下将引发UV胶中活性官能团发生聚合反应后逐步收缩固化，此聚合反应收缩过程中，UV胶的单体聚合、交联化学反应过程也是胶的微观移动聚合固化过程，该过程不仅会将上述低介电常数化合物逐步排斥挤开，而且会带动纳米银线跟着进行微观移动，总的效果是：UV胶的缩合带动纳米银线跟着缩紧，直至纳米银线搭接紧密化，且UV胶完全固化后，纳米银线这种致密化的搭接方式也将完全固化，整个过程中，UV胶起到了粘结剂的作用。而当纳米银线之间搭接足够紧密时，纳米银线之间的电子就可以通过电子隧道效应完全导通，使该区域的膜层导电，而未曝光的区域的纳米银线则没有这一过程，从而表现为不导电。
将局部UV曝光后的整个纳米银线墨水膜层充分高温(一般大于120℃)烘烤干燥，整个膜层中，对于高温后的曝光区域，如图1c所示，由于该区域膜层已经过UV曝光处理，UV胶的聚合反应已使纳米银线搭接紧密化，且UV胶的完全固化也使得纳米银线这种紧密搭接模式完全固化，从而膜层受到后续的高温烘烤干燥影响很小，该区域纳米银线搭接仍然紧密化且完全导电。对于高温后的未曝光区域，如图1d所示，该区域膜层中，低介电常数化合物经高温后伴随着溶剂进一步挥发会完全固化，使得纳米银线间搭接由原始的疏松未完全固化状态变成疏松且完全固化状态，线与线之间仍由低介电常数化合物和UV胶隔开，由于低介电常数化合物具有耐电压击穿、电子难以跃迁、绝缘性好等特点，因此，被低介电常数化合物隔开的纳米银线之间电子难以导通，此区域膜层不导电，且绝缘性好，绝缘电阻大于106欧姆。
需要说明的是，上述UV曝光的过程可进行预设，即在纳米银线墨水层的预设线路上进行UV曝光，使曝光的区域具备导电性能，未曝光的区域不具备导电性能，最终在纳米银线墨水层形成具备一定电路功能的电路图案，从而形成电极。
值得一提的是，本发明所述导电和不导电是本领域一个相对的概念，一般而言，所述导电是指纳米银线导电膜的方阻小于103欧姆，所述不导电是指纳米银线导电膜的方阻大于106欧姆。
综上所述，本发明的纳米银线导电膜的制备方法，在纳米银线墨水中含有UV胶及低介电常数化合物，以此制作的纳米银线墨水层本身是不导电的，再经过UV曝光后，在纳米银线墨水层的特定区域内纳米银线之间的微观结构和间距发生改变，从而使得部分区域导电、部分区域不导电，最终在该膜层形成导电电路图案，得到最终的纳米银线导电膜，此方法在铺设一层墨水层后再经过光照就能得到具备一定电路功能的纳米银线导电膜，相比于现有技术中采用激光蚀刻的方法，成本更低、产能更高，且采用的工艺相对成熟，因此产品良率更高；以该方法制得的纳米银线导电膜，其上的导电区域和非导电区域外观上无差别，因此消影好，当将其作为电极应用在触控屏和显示屏上时，能够获得更好的显示效果。
另外，现有的纳米银线导电膜只能通过控制膜材的银线含量来控制阻值，这样同张膜材的阻值只能相同。而采用UV曝光的方式，可通过曝光的时间长短或UV光的能量强度制备银线含量固定条件下不同电阻值范围的导电线路，因此上述制备方法具备可调控性；除此之外，UV曝光的方式工序简单易操作，可操作性强。
需要说明的是，本发明的纳米银线墨水由于配方中含有UV胶及低介电常数的化合物，因此形成的纳米银线墨水层不经过曝光则不导电，此种导电属性与常规的纳米银线墨水层刚好相反。而本发明的纳米银线墨水在制备上与常规方法并无区别，只不过在常规制备过程中混入一定比例的UV胶及低介电常数的化合物即可。本发明所述低介电常数是指介电常数的值在1-4之间。
纳米银线墨水中，所述溶剂可选用醇类、醚类、酯类、酮类、烃类、芳香族等中的一种或多种；所述UV胶可选用环氧丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸树脂、聚醚丙烯酸树脂、纯丙烯酸树脂和乙烯基树脂中的一种或多种；所述低价电常数化合物包括低介电常数的金属化合物、非金属化合物或有机化合物。金属化合物例如二氧化钛、氧化锌、氧化锆的至少一种；非金属化合物例如二氧化硅、氮氧化硅、碳化硅的至少一种；有机化合物例如聚酰亚胺、聚苯并恶嗪、聚硅氧烷、聚酰胺的至少一种。
一般的，成品的纳米银线导电膜还包括保护层，该保护层铺设在纳米银线墨水层的表面。
保护层的主要作用是对纳米银线墨水层进行物理保护，防止纳米银线墨水层的表面被划伤又可使纳米银线墨水层的表面与外界环境处于隔离的状态中，避免纳米银线墨水层的导电物质与空气接触，有效地克服纳米银线墨水层发生电腐蚀及被氧化等现象引起其化学稳定性变差，最终缩短导电膜的使用寿命。
保护层的材质选用光透过率高的硅胶、环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂的一种或多种，此种材料得到的保护层超薄且绝缘，对纳米银线墨水层的导电性、光透过率和雾度无明显影响。
具体的，所述保护层可在UV曝光之前进行铺设或在UV曝光之后进行铺设，之后，再与纳米银线墨水层一起进行高温烘烤固化。
所述基材层的材料包括柔性材料或刚性材料，进一步的，所述柔性材料包括PET、PEN或PI；所述刚性材料包括玻璃、PMMA或石英板。基材层的材料选择是根据纳米银线导电膜的具体应用场景而定。
本发明所述铺设方法可选用喷涂、挤压涂布、丝网印刷或喷墨打印等较为成熟的工艺，操作简单，设备稳定、成本低。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的组分或具有相同或类似作用的组分。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例一
在基材层上喷涂浓度为5％(质量百分比)的纳米银线墨水以形成纳米银线墨水层；在25℃表干后，再对所述纳米银线墨水层进行UV曝光，曝光时长50s，使所述纳米银线墨水层的局部区域按照预设的线路形成电路图案；然后在120℃温度下烘烤固化，得到纳米银线导电膜；其中，所述纳米银线墨水包括纳米银线、溶剂、及低介电常数化合物；所述UV胶含量为0.2％，所述低介电常数化合物的含量为2％，其余为纳米银线和溶剂。
本实施例制得的纳米银线导电膜，测得曝光区域方阻为10欧姆、非曝光区域方阻为∞(大于电阻表的测试上限200MΩ)，且导电区域与不导电区域外观无差别，消影好。
本实施例产品合格。
实施例二
在基材层上喷涂浓度为3％(质量百分比)的纳米银线墨水以形成纳米银线墨水层；在40℃表干后，再对所述纳米银线墨水层进行UV曝光，曝光时长20s，使所述纳米银线墨水层的局部区域按照预设的线路形成电路图案；然后在130℃温度下烘烤固化，得到纳米银线导电膜；其中，所述纳米银线墨水包括纳米银线、溶剂、及低介电常数化合物；所述UV胶含量为1％，所述低介电常数化合物的含量为5％，其余为纳米银线和溶剂。
本实施例制得的纳米银线导电膜，测得曝光区域方阻为25欧姆、非曝光区域方阻为∞(大于电阻表的测试上限200MΩ)，且导电区域与不导电区域外观无差别，消影好。
本实施例产品合格。
实施例三
在基材层上喷涂浓度为1.4％(质量百分比)的纳米银线墨水以形成纳米银线墨水层；在55℃表干后，再对所述纳米银线墨水层进行UV曝光，曝光时长80s，使所述纳米银线墨水层的局部区域按照预设的线路形成电路图案；然后在135℃温度下烘烤固化，得到纳米银线导电膜；其中，所述纳米银线墨水包括纳米银线、溶剂、及低介电常数化合物；所述UV胶含量为2.5％，所述低介电常数化合物的含量为6％，其余为纳米银线和溶剂。
本实施例制得的纳米银线导电膜，测得曝光区域方阻为80欧姆、非曝光区域方阻为∞(大于电阻表的测试上限200MΩ)，且导电区域与不导电区域外观无差别，消影好。
本实施例产品合格。
实施例四
在基材层上喷涂浓度为1％(质量百分比)的纳米银线墨水以形成纳米银线墨水层；在60℃表干后，再对所述纳米银线墨水层进行UV曝光，曝光时长150s，使所述纳米银线墨水层的局部区域按照预设的线路形成电路图案；然后在120℃温度下烘烤固化，得到纳米银线导电膜；其中，所述纳米银线墨水包括纳米银线、溶剂、及低介电常数化合物；所述UV胶含量为5％，所述低介电常数化合物的含量为8％，其余为纳米银线和溶剂。
本实施例制得的纳米银线导电膜，测得曝光区域方阻为120欧姆、非曝光区域方阻为∞(大于电阻表的测试上限200MΩ)，且导电区域与不导电区域外观无差别，消影好。
本实施例产品合格。
实施例五
在基材层上喷涂浓度为1％(质量百分比)的纳米银线墨水以形成纳米银线墨水层；在90℃表干后，再对所述纳米银线墨水层进行UV曝光，曝光时长180s，使所述纳米银线墨水层的局部区域按照预设的线路形成电路图案；然后在140℃温度下烘烤固化，得到纳米银线导电膜；其中，所述纳米银线墨水包括纳米银线、溶剂、及低介电常数化合物；所述UV胶含量为5％，所述低介电常数化合物的含量为8％，其余为纳米银线和溶剂。
本实施例制得的纳米银线导电膜，测得曝光区域方阻为4.5*103欧姆、未曝光区域方阻∞(大于电阻表的测试上限200MΩ)，导电区域与不导电区域外观无差别，消影好。
本产品不合格，因为曝光区域方阻不达标，究其原因是表干温度过高，导致疏松结构的纳米银线的搭接状态过早定型，即便后期在UV曝光条件下，线与线之间的距离仍未得到有效缩紧，导致最终该区域电阻值偏高。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.纳米银线导电膜的制备方法，其特征在于，
包括以下步骤：
在一基材层上铺设纳米银线墨水以形成纳米银线墨水层，表干后，再对所述纳米银线墨水层进行UV曝光，使所述纳米银线墨水层的局部区域按照预设的线路形成电路图案，然后烘烤固化，得到纳米银线导电膜；
所述表干温度不超过60℃；
其中，所述纳米银线墨水包括纳米银线、溶剂、UV胶及低介电常数化合物；所述UV胶含量为0.2％-5％，所述低介电常数化合物的含量为2％-8％。
2.如权利要求1所述的纳米银线导电膜的制备方法，其特征在于，
所述溶剂包括醇类、醚类、酯类、酮类、烃类、芳香族中的一种或多种；
所述UV胶包括环氧丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸树脂、聚醚丙烯酸树脂和纯丙烯酸树脂中的一种或多种；
所述低介电常数化合物包括低介电常数的金属化合物、非金属化合物或有机化合物。
3.如权利要求2所述的纳米银线导电膜的制备方法，其特征在于，
所述金属化合物包括二氧化钛、氧化锌、氧化锆的至少一种；
所述非金属化合物包括二氧化硅、氮氧化硅、碳化硅的至少一种；
所述有机化合物包括聚酰亚胺、聚苯并恶嗪、聚硅氧烷、聚酰胺的至少一种。
4.如权利要求1所述的纳米银线导电膜的制备方法，其特征在于，
还包括以下步骤：
在所述纳米银线墨水层表面铺设一保护层，所述保护层可在所述UV曝光之前进行铺设或在所述UV曝光之后进行铺设。
5.如权利要求4所述的纳米银线导电膜的制备方法，其特征在于，
所述保护层包括硅胶、环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂的一种或多种。
6.如权利要求1所述的纳米银线导电膜的制备方法，其特征在于，
所述UV曝光时间为5-180s，所述烘烤固化温度为不低于120℃。
7.如权利要求1所述的纳米银线导电膜的制备方法，其特征在于，
所述基材层的材料包括柔性材料或刚性材料；
所述柔性材料包括PET、PEN或PI；
所述刚性材料包括玻璃、PMMA或石英板。
8.如权利要求1或4所述的纳米银线导电膜的制备方法，其特征在于，
所述铺设的方法包括喷涂、挤压涂布、丝网印刷或喷墨打印。
9.一种使用如权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的纳米银线导电膜。
10.一种如权利要求9所述的纳米银线导电膜的应用，其特征在于，
将所述纳米银线导电膜作为触摸屏、太阳能电池、液晶手写板、电子窗帘、加热膜或LED显示屏的电极。
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