CN114974667A - 一种银纳米线导电薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是申请号为2019105285912的分案申请，公开了一种银纳米线导电薄膜的制备方法，添加剂由以下原料制成：蒸馏水，乙二醇，分散剂，流平剂，增稠剂，表面活性剂及消泡剂按照6.5‑7.5:5.5‑6.5:0.2‑0.8:0.1‑0.5:0.1‑0.3:0.002‑0.008:0.01‑0.03的重量比混合，以特定的比例和原料保证导电薄膜的光学性能、电学性能及机械稳定性能，本发明制备的银纳米线导电薄膜在多次弯折后仍能保持良好的方阻与透光率，稳定性高，本发明通过喷墨印刷技术制备柔性透明导电薄膜，制备方式简易，制备成本低，解决了柔性透明导电薄膜难以实现规模化生产的问题，有利于促进银纳米线导电薄膜在太阳能电池，有机发光二极管等柔性器件中的大规模应用。
Description
本申请是申请号为2019105285912，申请日为2019年06月18日，名称为一种银纳米线导电薄膜的制备方法及其添加剂的分案申请。
技术领域
本发明涉及导电薄膜技术领域，特别是一种银纳米线导电薄膜的制备方法，本发明还涉及一种银纳米线导电薄膜的添加剂。
背景技术
随着下一代光电器件趋向于移动和可穿戴设备，柔性电子器件在开发有效和可拉伸的光电器件（如有机发光二极管，触摸屏，电子阅读器，电子纸和有机光伏器件）中变得至关重要，柔性电子器件的基本组成部分是透明导电薄膜，它是在可见光范围内具有高透光率和优异导电性的薄膜材料。
目前，氧化铟锡是用于生产透明导电薄膜的主要材料，但是氧化铟锡在反复弯曲下容易产生裂缝，而且易碎，有限的储备和氧化铟锡膜的高成本生产技术导致氧化铟锡导电薄膜难以形成规模化、产量化的发展。因此，石墨烯、碳纳米管和导电聚合物等几种新兴材料被视为替代氧化铟锡的下一代生产透明导电薄膜材料，但是这几种材料都有一定的局限性：石墨烯具有很好的光电和力学性质，但主流的石墨烯薄膜的制备方法——化学气相沉积法对衬底的要求很高，制备成本高且制备的薄膜难以转移，故也难以在柔性器件中实现推广应用；碳纳米管机械性能很好，但其透光率和方阻都较差；导电聚合物（如PEDOT:PSS）成本相对更低，但其会随时间降解且受环境影响较大，导致器件的性能不稳定。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种银纳米线导电薄膜的制备方法及其添加剂。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于制备银纳米线导电薄膜的添加剂，由以下原料制成：蒸馏水，乙二醇，分散剂，流平剂，增稠剂，表面活性剂及消泡剂按照6.5-7.5:5.5-6.5:0.2-0.8:0.1-0.5:0.1-0.3:0.002-0.008:0.01-0.03的重量比混合。
所述蒸馏水，乙二醇，分散剂，流平剂，增稠剂，表面活性剂，消泡剂按照7:6:0.5:0.3:0.2:0.005:0.02的重量比混合。
所述分散剂由含有多种颜料锚固基团的高分子嵌段聚合物和表面活性剂溶液混合制成。
所述流平剂为聚醚改性二甲基硅氧烷。
所述增稠剂为聚醚型聚氨酯。
所述表面活性剂为非离子氟碳表面活性剂。
所述消泡剂为非离子型聚二醇醚消泡剂。
一种银纳米线导电薄膜的制备方法，步骤如下：
1）采用液相多元醇法制备银纳米线，所述银纳米线的直径为25-35nm，长度为25-30μm，并采用无水乙醇将所述银纳米线配置成50mg/mL的银纳米线-乙醇溶液；
2）将所述银纳米线-乙醇溶液放置于超声仪器中使所述银纳米线断裂至长度为2-3μm的短银纳米线，过长的银纳米线无法通过墨盒的喷孔，还会造成喷孔堵塞，因此，本发明通过超声诱导银纳米线断裂，使其能顺利地从喷孔喷出；
3）按比例配置上述的添加剂，超声处理2h，使各组分混合均匀；
4）将经过步骤2）超声处理的银纳米线-乙醇溶液、步骤3）制得的添加剂和蒸馏水以4:1:4的体积比混合均匀，然后蒸发除去挥发性溶剂，再将完成蒸发后的混合物与蒸馏水以3:50的体积比混合均匀，即制得银纳米线导电墨水；
5）通过喷墨印刷法制备银纳米线透明导电薄膜，将柔性透明衬底放置于微电子打印机中，将步骤4）制得的银纳米线导电墨水放置于墨盒中，所述银纳米线导电墨水印制于所述柔性透明衬底后，设置加热台温度为80℃，干燥5分钟，即制得银纳米线透明导电薄膜。
所述步骤5）中的微电子打印机的具体设置参数为：喷孔数量为4，喷嘴温度为35℃，打印电压为20V，打印速度为150μm/s，打印墨滴间距为20μm，打印高度（距离衬底表面）为0.5-1.0mm。
所述银纳米线导电薄膜的厚度为350-400nm。
本发明的有益效果是：将喷墨印刷技术应用于柔性透明导电薄膜的生产，制备方式简易，制备成本低，解决了柔性透明导电薄膜难以实现规模化生产的问题，同时，本发明还公开了一种添加剂的配比，以特定的比例和原料保证导电薄膜的光学性能、电学性能及机械稳定性能，本发明制备的银纳米线导电薄膜在多次弯折后仍能保持良好的方阻与透光率，稳定性高，有利于促进银纳米线导电薄膜在太阳能电池，有机发光二极管等柔性器件中的大规模应用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是实施例1弯折1次的SEM图；
图2是实施例1弯折10次的SEM图；
图3是实施例1弯折20次的SEM图；
图4是实施例1弯折30次的SEM图；
图5是实施例1弯折40次的SEM图；
图6是实施例1在不同弯折次数下的透光率与方阻变化曲线图；
图7是本发明的银纳米线导电墨水的实物图；
图8是本发明制备的银纳米线导电薄膜的实物图；
图9是本发明制备的银纳米线导电薄膜在弯折情况下的实物图。
具体实施方式
实施例1：
一种用于制备银纳米线导电薄膜的添加剂，由以下比例的原料制成：蒸馏水，乙二醇，分散剂（天津赫普菲乐新材料有限公司的涂易乐®Disper-CED），流平剂（天津赫普菲乐新材料有限公司的涂易乐®SIF-720），增稠剂（广州中万新材料有限公司的WZ-907），表面活性剂（美国杜邦公司的Capstone FS-3100），消泡剂（美国陶氏化学公司的DF105），按照7:6:0.5:0.3:0.2:0.005:0.02的重量比混合。
一种银纳米线导电薄膜的制备方法，步骤如下：
1）采用液相多元醇法制备银纳米线，所述银纳米线的直径为25-35nm，长度为25-30μm，并采用无水乙醇将所述银纳米线配置成50mg/mL的银纳米线-乙醇溶液，
具体操作为：称取0.064g六水和氯化铁溶于65mL乙二醇溶液中搅拌均匀，再加入1.299g的PVP充分搅拌，制得A液；称取0.6695g硝酸银溶于40mL乙二醇溶液中搅拌均匀，制得B液；将A液和B液倒入反应釜中，在160℃下反应3小时，反应结束后冷却至室温，然后离心得到沉淀物，所述沉淀物即为银纳米线，所述银纳米线用丙酮、无水乙醇离心洗涤两次，最后采用无水乙醇将所述银纳米线配置成50mg/mL的银纳米线-乙醇溶液；
2）将所述银纳米线-乙醇溶液放置于超声仪器中使所述银纳米线断裂至长度为2-3μm的短银纳米线；
3）按上述比例配置添加剂，超声处理2h，使各组分混合均匀；
4）将经过步骤2）超声处理的银纳米线-乙醇溶液、步骤3）制得的添加剂和蒸馏水以4:1:4的体积比混合均匀，然后蒸发除去挥发性溶剂，再将完成蒸发后的混合物与蒸馏水以3:50的体积比混合均匀，即制得银纳米线导电墨水；
5）通过喷墨印刷法制备银纳米线透明导电薄膜，将柔性透明衬底放置于微电子打印机中，将步骤4）制得的银纳米线导电墨水放置于墨盒中，所述银纳米线导电墨水印制于所述柔性透明衬底后，设置加热台温度为80℃，干燥5分钟，即制得银纳米线透明导电薄膜，厚度为400nm。
参照图1至图9，对本实施例进行弯折测试并绘制方阻与透光率变化曲线图。本实施例的透光率为80-82%，方阻为15-25Ω/sq，且在35次弯折后方阻值增加至97Ω/sq左右后基本稳定，同时透光率仍保持于82%左右。
实施例2：
一种用于制备银纳米线导电薄膜的添加剂，由以下比例的原料制成：乙二醇，分散剂（天津赫普菲乐新材料有限公司的涂易乐®Disper-CED），流平剂（天津赫普菲乐新材料有限公司的涂易乐®SIF-720），增稠剂（广州中万新材料有限公司的WZ-907），表面活性剂（美国杜邦公司的Capstone FS-3100），消泡剂（美国陶氏化学公司的DF105）按照6.5:5.5:0.2:0.1:0.1:0.002:0.01的重量比混合。
一种银纳米线导电薄膜的制备方法与实施例1相同，所述银纳米线导电薄膜的厚度为350nm。
实施例3：
一种用于制备银纳米线导电薄膜的添加剂，由以下比例的原料制成：乙二醇，分散剂（天津赫普菲乐新材料有限公司的涂易乐®Disper-CED），流平剂（天津赫普菲乐新材料有限公司的涂易乐®SIF-720），增稠剂（广州中万新材料有限公司的WZ-907），表面活性剂（美国杜邦公司的Capstone FS-3100），消泡剂（美国陶氏化学公司的DF105）按照7.5: 6.5:0.8: 0.5: 0.3: 0.008: 0.03的重量比混合。
一种银纳米线导电薄膜的制备方法与实施例1相同，所述银纳米线导电薄膜的厚度为375nm。
以上的实施方式不能限定本发明创造的保护范围，专业技术领域的人员在不脱离本发明创造整体构思的情况下，所做的均等修饰与变化，均仍属于本发明创造涵盖的范围之内。
Claims (3)
1.一种银纳米线导电薄膜的制备方法，其特征在于步骤如下：
1）采用液相多元醇法制备银纳米线，所述银纳米线的直径为25-35nm，长度为25-30μm，并采用无水乙醇将所述银纳米线配置成50mg/mL的银纳米线-乙醇溶液；
2）将所述银纳米线-乙醇溶液放置于超声仪器中使所述银纳米线断裂至长度为2-3μm的短银纳米线；
3）按比例配置添加剂，超声处理2h，使各组分混合均匀；
添加剂由以下原料制成：所述蒸馏水、乙二醇、分散剂、流平剂、增稠剂、非离子氟碳表面活性剂、消泡剂按照7:6:0.5:0.3:0.2:0.005:0.02的重量比混合；所述流平剂为聚醚改性二甲基硅氧烷；所述增稠剂为聚醚型聚氨酯；所述分散剂由含有多种颜料锚固基团的高分子嵌段聚合物和表面活性剂溶液混合制成；所述消泡剂为非离子型聚二醇醚消泡剂；
4）将经过步骤2）超声处理的银纳米线-乙醇溶液、步骤3）制得的添加剂和蒸馏水以4:1:4的体积比混合均匀，然后蒸发除去挥发性溶剂，再将完成蒸发后的混合物与蒸馏水以3:50的体积比混合均匀，即制得银纳米线导电墨水；
5）通过喷墨印刷法制备银纳米线透明导电薄膜，将柔性透明衬底放置于微电子打印机中，将步骤4）制得的银纳米线导电墨水放置于墨盒中，所述银纳米线导电墨水印制于所述柔性透明衬底后，设置加热台温度为80℃，干燥5分钟，即制得银纳米线透明导电薄膜。
2.根据权利要求1所述的银纳米线导电薄膜的制备方法，其特征在于所述步骤5）中的微电子打印机的具体设置参数为：喷孔数量为4，喷嘴温度为35℃，打印电压为20V，打印速度为150μm/s，打印墨滴间距为20μm，距离衬底表面的打印高度为0.5-1.0mm。
3.根据权利要求1所述的银纳米线导电薄膜的制备方法，其特征在于所述银纳米线导电薄膜的厚度为350-400nm。
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