一种嵌入式多取向金属纳米线透明导电薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开一种嵌入式多取向金属纳米线透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤，S1.在临时衬底上加入金属纳米线溶液，再对金属纳米线进行定向排列，所述的临时衬底为亲水性材料，S2.对临时衬底进行表面修饰，使得临时衬底从亲水性变为疏水性，获得表面改性后的衬底‑金属纳米线薄膜，S3.嵌入剥离工序：利用固化胶将金属纳米线嵌入到固化胶中，并进行固化胶和临时衬底之间的剥离。本发明专利技术通过调整临时衬底的亲疏水性，从而获得一个具有更好的导电率、黏附性、平整度及稳定性的嵌入式多取向金属纳米线透明导电薄膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及膜导电领域，更具体地，涉及一种嵌入式多取向金属纳米线透明导电薄膜的制备方法。
技术介绍
透明导电薄膜是一种兼具高导电及可见光波段高透明特性的基础光电材料，广泛应用于显示器、发光器件、太阳能电池、传感器、柔性触摸屏等光电显示领域，具有广泛的商业应用前景。传统的透明导电薄膜基于氧化铟锡材料，尽管基于此项材料的显示光电制造技术已经相当成熟，然而由于氧化铟锡含有稀有材料，造成其成本较高；而且氧化铟锡薄膜的柔韧性很差，不能用于制备柔性显示器，在应用方面受到极大限制。近年来科学家发展了可用于柔性透明显示的导电材料，包括石墨烯、金属纳米线/球、碳纳米管以及有机高分子导电材料等，其中金属纳米线由于有着透明度高、方阻小、性价比高、可实现大面积印刷及基底材料可选择范围广等诸多优势。目前，在众多金属纳米线当中，纳米银线被认为是最有可能替代传统ITO透明电极的材料之一。通常，采用金属纳米线材料制备的透明导电薄膜，其表面上的纳米线是随机分布的，纳米线分布不尽均匀，甚至存在一些孤立纳米线，导致渗流效率降低，从而弱化薄膜光电性能。目前纳米银线薄膜普遍存在稳定性低的问题，在使用过程中容易脱落，造成导电性急剧下降；一般的改善方法包括往纳米银溶液中添加稳定剂、胶黏剂，或者对衬底进行表面处理增加纳米银线与衬底的黏附性；中国专利申请公开CN 102481757 A描述了一种水溶性粘合剂的纳米银线薄膜，改善薄膜的黏附性。中国专利公开CN 102481758 A中在纳米银线溶液中混入纤维素脂聚合物来改善薄膜的稳定性和黏附性。除此之外，纳米线薄膜表面粗糙度也远远高于ITO薄膜，这将会影响到器件的性能和寿命。例如OLED，粗糙的阳极将降低器件的外量子效率，并且使得局部有机材料老化，从而降低器件的寿命和稳定性。中国专利公开CN 102522145 B描述一种多层纳米银线复合薄膜来改善了薄膜的附着力和稳定性，包括PEDOT:PSS和高分子增粘层。但是，有研究指出PEDOT:PSS会恶化AgNWs的稳定性。要使得基于金属纳米线的透明导电薄膜推向实用化，需要一种制程可以制备出同时具有高电导率、高黏附性、稳定性、以及低表面粗糙度的嵌入式多取向金属纳米线透明导电薄膜。
技术实现思路
针对传统溶液涂布的金属纳米线透明导电薄膜存在导电性、稳定性、黏附性和粗糙表面问题，本专利技术提出一种取向金属纳米线嵌入式复合薄膜的制备方法。本专利技术由于采用了取向的金属纳米线网络，可以在不影响透光率的前提下，改善薄膜的电导率，且由于将金属纳米线部分嵌入至衬底内部形成复合薄膜，使得此薄膜具有三个优点：使金属纳米线不易脱落、聚合物包裹增强了金属纳米线的抗氧化能力、薄膜粗糙度下降。提升了取向金属纳米线复合薄膜的稳定性。更进一步的公开一种嵌入式多取向金属纳米线透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤，S1. 在临时衬底上滴涂金属纳米线溶液，对金属纳米线进行定向排列，所述的临时衬底为亲水性材料，S2. 对临时衬底进行表面修饰，使得临时衬底从亲水性变为疏水性，获得表面改性后的衬底-金属纳米线复合薄膜，S3. 嵌入剥离工序：将金属纳米线嵌入到液态固化胶中，固化后进行固化胶和临时衬底之间的剥离。所述的临时衬底为硬质衬底或柔性衬底，并对临时衬底表面进行亲水性处理，所述的亲水性处理优选电晕法、紫外臭氧法或表面接枝，更优选为紫外臭氧法。所述的硬质衬底优选钠钙玻璃；所述的柔性衬底，包含但不仅限于聚丙烯酸酯类，如聚甲基丙烯酸酯，聚丙烯腈，聚乙烯醇；聚酯类，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸脂、聚甲醛树酯；芳香族聚合物，如聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺酸、聚醚酰亚胺、聚苯醚、聚氨酯、环氧树脂等；所述的接枝为接上羟基。所述的定向排列通过迈耶涂布法实现。所述的对涂布有纳米线的临时衬底进行表面修饰具体为对临时衬底进行修饰，所用的修饰材料为有机硅化合物，所述的有机硅化合物一端带有可水解的基团，另一端带有疏水基团。所述的可水解的基团为-Cl、-OCH3、 -OC2H5、 -OC2H4OCH3、 -OSi(CH3)3 或CH3COO-，优选为-Cl，所述的疏水基团为-CH3或-CF3。所述的嵌入剥离工序为对S2获得的表面改性后的衬底-金属纳米线薄膜进行固化胶涂布，固化后通过剥离形成金属纳米线部分嵌入的纳米银-固化胶复合薄膜。所述的嵌入剥离工序为先将固化胶涂布在目标衬底上，再与S2获得的表面改性后的衬底-金属纳米线薄膜贴合，经过固化步骤，将目标衬底从临时衬底剥离，获得多取向的金属纳米线-聚合物-目标衬底复合薄膜。所述的金属纳米线包含但不限于Au、Ag、Cu、Fe、Ni、Co、或合金纳米金属线、及其混合材料。再公开一种上述的制备方法制得的嵌入式多取向金属纳米线透明导电薄膜，所述的透明导电薄膜中的金属纳米线为多方向定向排列在固化胶形成的膜层内。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1. 本专利技术首先，在临时衬底上采用迈耶棒涂布，烘干溶剂后获得取向的金属纳米线网络，重复上述步骤，即可获得多取向纳米线网络；然后，通过表面处理选择性的改变纳米线-临时衬底的亲疏水性，使衬底疏水而纳米银线的亲疏水性未受影响；最后，通过涂布固化胶并固化、剥离，使纳米银线转移并部分嵌入至固化胶中，制成取向的、嵌入式的金属纳米线透明导电薄膜。2. 亲水性的衬底有利于金属纳米线在衬底表面的均匀分布，有利于纳米线形成定向排列；而疏水性的衬底有利于固化胶的剥离；因此本专利技术是通过调整亲疏水性来获得具有更好效果的定向排列的嵌入式多取向金属纳米线透明导电薄膜。3. 所采用金属纳米线是有序的导电网络，其特点在于，可以在不影响透光率的情况下，提高导电性能。4. 金属纳米线最终以部分内嵌的方式固定在衬底中，提升了纳米线与衬底之间的黏附，纳米银线不易脱落，而且兼具了高导电性。5. 金属纳米线嵌入聚合物使得纳米线大部分表面与空气隔离，提升了纳米线的抗氧化性能。聚合物包裹还可以增强黏附性、弯曲稳定性。6. 所制备的嵌入式多取向金属纳米线透明导电薄膜兼具高导电性、高透明性、高挠曲性、稳定性、以及光滑的表面，能够应用于柔性触摸屏、太阳能电池、有机发光二极体等光电器件。附图说明图1为在钠钙玻璃上涂布取向纳米银线网络。图2为双取向纳米银线网络。图3为玻璃在HMDS处理前后的水接触角图4为纳米银线-玻璃与涂布有UV胶的PET进行贴合。图5为对玻璃-纳米银线-固化胶-PET结构进行UV固化。图6为复合薄膜剥离过程。图7为纳米银线嵌入式复合导电薄膜示意图和SEM图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围作出更为清楚的界定。实施例1 临时衬底羟基化本案例通过羟基化处理临时衬底，使衬底表面亲水性增强，这有利于金属纳米线在衬底表面的均匀分布，也有利于形成定向排列。此外，羟基为后续嫁接抗粘基团提供反应位点；所采用的临时衬底可以为柔性衬底或者刚性衬底；所采用的羟基化处理可以通过化学溶液表面接枝或者紫外臭氧处理法等。以下分别给出两个实施例加以说明：若所采用的临时衬底为柔性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。通过提拉浸渍法，将其浸入APTES-甲苯混合溶液，APTES浓度为5wt%，浸渍时间10min，之后以速度2000本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种嵌入式多取向金属纳米线透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，S1. 在临时衬底上对加入金属纳米线溶液，再对金属纳米线进行定向排列，所述的临时衬底为亲水性材料，S2. 对临时衬底进行表面修饰，使得临时衬底从亲水性变为疏水性，获得表面改性后的衬底‑金属纳米线复合薄膜，S3. 嵌入剥离工序：将金属纳米线嵌入到液态固化胶中，固化后进行固化胶和临时衬底之间的剥离。

【技术特征摘要】
1.一种嵌入式多取向金属纳米线透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，S1. 在临时衬底上对加入金属纳米线溶液，再对金属纳米线进行定向排列，所述的临时衬底为亲水性材料，S2. 对临时衬底进行表面修饰，使得临时衬底从亲水性变为疏水性，获得表面改性后的衬底-金属纳米线复合薄膜，S3. 嵌入剥离工序：将金属纳米线嵌入到液态固化胶中，固化后进行固化胶和临时衬底之间的剥离。2.根据权利要求1所述的嵌入式多取向金属纳米线透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述的临时衬底包含硬质衬底或柔性衬底，并对临时衬底表面进行亲水性处理，所述的亲水性处理优选电晕法、紫外臭氧法或表面接枝，更优选为紫外臭氧法。3.根据权利要求2所述的硬质衬底为钠钙玻璃；所述的柔性衬底包含但不仅限于：聚丙烯酸酯类，如聚甲基丙烯酸酯，聚丙烯腈，聚乙烯醇；聚酯类，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸脂、聚甲醛树酯；芳香族聚合物，如聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺酸、聚醚酰亚胺、聚苯醚、聚氨酯、环氧树脂等；所述的接枝，其特征为接上羟基。4.根据权利要求1所述的嵌入式多取向金属纳米线透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述的定向排列通过迈耶涂布法实现。5.根据权利要求1-4任一所述的嵌入式多取向金属纳米线透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述的对临时衬底进行表面修饰具体为对临时衬底进行修饰，所用的修饰材料为有机硅化合物，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨柏儒，刘贵师，许钰旺，陈鹏，谢汉萍，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44