一种透明金属导电膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种透明金属导电膜及其制备方法，其制备方法包括以下步骤：步骤(1)：纳米金属颗粒的水溶液和非极性溶剂混合，再投加油性表面改性剂进行改性处理；改性处理后分液并向有机相中投加助剂制得纳米金属导电墨水；步骤(2)：向所述纳米金属导电墨水中加入水和乳液辅助剂，制得油包水型纳米金属乳液；步骤(3)：将所述油包水型纳米金属乳液印刷在衬底材料上，蒸发溶剂，形成自组装透明金属膜；步骤(4)：步骤(3)制得的自组装透明金属膜经烧结后得到所述透明金属导电膜。本方法操作工艺简单，反应条件温和、可控；金属网络线宽较窄、均匀性好，透明度高；制备成本低，反应时间短，易于实现工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种透明导电膜及其制备方法。
技术介绍
近年来，印刷电子产业的高速发展带动了喷墨导电墨水以及印刷电子相关工业的形成与发展。微电子集成电路技术的精密化发展对印刷电子材料的生产工艺提出了向高密度、精细化、多层次、更高的可靠性以及低成本的方向发展的要求。采用导电墨水喷墨印刷制备的薄膜印刷技术在国际上，特别是在美国、日本、韩国、德国等发达国家的带动下，得到广泛关注，可应用于喷墨打印的金属微粒导电墨水在国际上掀起了研发热潮。无线射频识别标签技术(RFID)、柔性印刷电路板技术(FPCB)的快速发展，强化了喷墨导电墨水的需求；喷墨导电墨水还可应用于电磁波屏蔽材料的印刷、OLED显示电极、制作太阳能光伏电池等领域。导电墨水根据主要成分的不同可以分为金属导电墨水、碳系导电墨水和高分子导电墨水。在导电性能上，金属导电墨水有着明显的优势。金属导电墨水可以分为无颗粒型导电墨水和颗粒性导电墨水。无颗粒型导电墨水主要由金属化合物前驱体和溶剂组成。由于无颗粒型导电墨水金属含量较低且化学稳定性较差，因此具有一定的局限性。颗粒型导电墨水主要是由纳米金属颗粒、溶剂和其他助剂组成。研究表明，金属颗粒熔点随着尺寸降至纳米尺度而明显降低，这就使得喷墨导电墨水在柔性基材上的低温烧结成为可能。纳米金属导电墨水可以通过计算机控制直接打印到基材上，为制造大面积、轻薄化、柔性化的电子器件提供了一个高效、绿色环保的技术解决方案。透明导电膜主要用于电子产品中的触控屏、军工产品中的防电磁膜等，目前市场上主要采用在玻璃上蒸镀ITO膜来制备透明导电膜，成本高且脆性大，不耐弯曲。金属导电膜具有低成本，可弯曲等优点，有望取代ITO膜成为下一代透明导电产品。如果要达到透明且不影响视觉观感的效果，需要导电线路的线宽小于5微米，目前采用半导体掩膜工艺沉积金属网栅可以达到这个目的，但是制造设备昂贵，成本较高。公开号为CN1668712A的专利文献公开了一种自组织法来制备线宽较细的金属导电网络，将金属颗粒用分散剂分散到有机溶剂中，和水溶液组成乳液然后涂覆在衬底上，利用水和有机溶剂挥发速率不同使得金属颗粒团聚成网络线，然后再烧结固化成膜。该专利技术采用的金属颗粒因为表面为水溶性，需加分散剂才能分散在有机溶剂中，且无法保证金属颗粒不进入水相，导致金属线宽无法控制。其通过成乳助剂形成大颗粒乳液，乳滴尺寸在几十微米以上，为动力学不稳定状态，乳滴大小随时间变化且在短时间内就会破乳分层，因为需要随用随配，难以大规模稳定制备。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可大量生产的透明导电膜的制备方法，具有原料易得、成本低、操作简单、条件温和、效率高，适合批量生产等优点；本专利技术还包括采用上述制备方法制得的透明导电膜。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种透明金属导电膜的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)：纳米金属颗粒的水溶液和非极性溶剂混合，再投加油性表面改性剂进行改性处理；改性处理后分液并向有机相中投加助剂制得纳米金属导电墨水；步骤(2)：向所述纳米金属导电墨水中加入水和乳液辅助剂，制得油包水型纳米金属乳液；步骤(3)：将所述油包水型纳米金属乳液印刷在衬底材料上，蒸发溶剂，形成自组装透明金属膜；步骤(4)：步骤(3)制得的自组装透明金属膜经烧结后得到所述透明金属导电膜。本专利技术采用纳米尺寸的金属颗粒，经改性后形成稳定分散的纳米金属导电墨水，改性后的纳米金属颗粒表面疏水，不会进入水相，在无分散剂的情况下即可长时间分散在有机溶剂中。所述纳米金属导电墨水在乳液辅助剂作用下可形成动力学稳定的油包水型纳米金属乳液，其可长时间稳定存在而不破乳。此外，本专利技术印刷形成的金属网络线宽可达纳米级别，有助于制备高透明的金属导电膜，还有助于降低烧结温度，拓宽衬底材料的选取范围。本专利技术方法制备简便、成本低廉、可大规模生产，具有重要应用价值。步骤(1)中，先将金属纳米颗粒分散在水溶液中，加入非极性溶剂混合，溶液自然分成两层，上层为非极性溶剂相，下层为含有金属纳米颗粒的水相，在剧烈搅拌下加入油性表面改性剂，上层变为分散有金属纳米颗粒的有机相，下层为水相。将分液收集的含金属纳米颗粒的有机相用微孔滤膜过滤，旋转蒸发浓缩，添加助剂即得纳米金属导电墨水。在蒸发浓缩过程中，可以向体系投加有机溶剂如二甲苯、松节油等，用来调节体系的挥发速度，调整纳米金属导电墨水中的固含量，以满足不同透明金属导电膜的制备需求。所述的纳米金属颗粒的水溶液可采用液相还原法、乳液法、电化学法等方法制备，也或采用市售水分散性纳米金属颗粒。本专利技术中优选液相还原法制备纳米金属颗粒，即采用金属盐与还原剂反应制得纳米级别的金属颗粒。该方法操作简单、成本较低、效率较高。所述还原剂为水合肼、硼氢化钠、硼氢化钾或次亚磷酸钠等。进一步优选，所述还原剂为水合肼。水合肼还原能力较强且反应产物为氮气，不仅没有副产物引入反应体系，还可以为反应提供一定程度的氮气氛围，防止纳米颗粒氧化。所述纳米金属颗粒为Au、Ag、Cu、Zn和Ni中的一种或多种。所述纳米金属也可为上述纳米金属线中的一种或多种。考虑到导电性、稳定性及成本因素，进一步优选，所述的纳米金属颗粒为Ag、Cu的纳米颗粒和/或纳米线。作为优选，所述纳米金属颗粒的粒径为1～900nm。为提高纳米金属分散体系的稳定性，降低后续的烧结温度，作为优选，所述纳米金属颗粒的粒径为3～20nm。所述纳米金属颗粒的水溶液中，纳米金属颗粒的重量百分比为3-50％。作为优选，步骤(1)中，所述非极性溶剂选自环己烷、甲基环己烷、石油醚、苯、甲苯、二甲苯和三氯甲烷中的一种或多种。考虑到溶剂的毒性及制备过程的安全性，所述非极性溶剂进一步优选为环己烷和/或二甲苯。作为优选，步骤(1)中，纳米金属颗粒的水溶液和非极性溶剂体积比为5:1～1:5。作为优选，步骤(1)中，所述的油性表面改性剂为油酸、油胺和硫醇中的一种或多种，油性表面改性剂为非极性溶剂投加体积的0.5％～20％。油性表面改性剂优选为非极性溶剂投加体积的5％。油性表面改性剂处理过程的温度为0～99℃。在该水浴温度条件下，搅拌改性5～180min。在配置所述墨水的过程中，经过改性处理的纳米金属颗粒表面包覆油溶性有机物，其在非极性溶剂中的分散性能良好，能稳定地分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透明金属导电膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)：纳米金属颗粒的水溶液和非极性溶剂混合，再投加油性表面改性剂进行改性处理；改性处理后分液并向有机相中投加助剂制得纳米金属导电墨水；步骤(2)：向所述纳米金属导电墨水中加入水和乳液辅助剂，制得油包水型纳米金属乳液；步骤(3)：将所述油包水型纳米金属乳液印刷在衬底材料上，蒸发溶剂，形成自组装透明金属膜；步骤(4)：步骤(3)制得的自组装透明金属膜经烧结后得到所述透明金属导电膜。

【技术特征摘要】
1.一种透明金属导电膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：纳米金属颗粒的水溶液和非极性溶剂混合，再投加油性
表面改性剂进行改性处理；改性处理后分液并向有机相中投加助剂制得纳
米金属导电墨水；
步骤(2)：向所述纳米金属导电墨水中加入水和乳液辅助剂，制得
油包水型纳米金属乳液；
步骤(3)：将所述油包水型纳米金属乳液印刷在衬底材料上，蒸发
溶剂，形成自组装透明金属膜；
步骤(4)：步骤(3)制得的自组装透明金属膜经烧结后得到所述透
明金属导电膜。
2.如权利要求1所述的透明金属导电膜的制备方法，其特征在于，
所述纳米金属颗粒为Au、Ag、Cu、Zn和Ni中的一种或多种。
3.如权利要求2所述的透明金属导电膜的制备方法，其特征在于，
所述纳米金属颗粒的粒径为1～900nm。
4.如权利要求3所述的透明金属导电膜的制备方法，其特征在于，
步骤(1)中，所述非极性溶剂选自环己烷、甲基环己烷、石油醚、苯、
甲苯、二甲苯和三...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪雷，王明昂，唐勋，张军娜，刘友博，杨德仁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33