淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜及其制备方法，所述方法包括如下步骤：（1）制备淀粉基底膜；（2）制备复合导电液；（3）制备柔性导电膜。所述方法制备的淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜，通过导电聚合物链和金属纳米线之间的电荷载流子传输，杂化膜的体电导率可以显著提高，这有助于通过电子跳跃机制进行电荷传输。这种电荷转移又通过有效钉扎价带内的费米能级和来自纳米金属的电荷载流子流入，导致淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜的电导率增加，其导电性能高于相同沉积密度的淀粉基底AgNW导电膜。

AgNW/PEDOT Flexible Conductive Film on Starch Substrate and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜及其制备方法
本专利技术涉及高分子导电膜复合材料
，具体涉及一种淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜及其制备方法。
技术介绍
随着电子产品更新速度的加快，柔性电子材料因其重量轻、可折叠、不易破碎、便于运输、设备投资少等优点越来越受到关注。目前应用最广泛的柔性衬底膜有PET膜、聚碳酸(PC)、聚乙烯醇(PVA)等，但这些材料均为石油化工产品，不易降解，不可再生，易造成严重的环境和生态问题，且为了实现基底膜与导电材料更好的结合，常常需对柔性衬底表面进行活性处理，这不但提高了成本，还可能降低基底膜的透光率。透明导电金属薄膜主要包括Ag、Au和Cu等，这类金属薄膜由于其自由载流子的浓度约为1020个/cm3，在可见光区具有很强的吸收，因此要制备成透明电极，要求所沉积的薄膜非常薄，其厚度一般在10nm左右。薄膜太厚，透过率则很低；太薄，金属薄膜则很难形成完整的薄膜，以岛状形式存在，导致薄膜具有很高的电阻率和反射率，因此，制备出高质量的透明导电金属薄膜难度具有挑战性。氧化铟锡(ITO)作为传统的透明导电材料在工业界获得了广泛应用，但是，铟元素在地壳中的含量极低、其可供应量逐年下降，且ITO材料刚性强，在弯曲应力下易断裂，导致ITO难以胜任未来柔性透明导电薄膜的应用需求。作为ITO极有潜力的替代方案，金属纳米线、金属网格、碳纳米管、石墨烯已被大量研究。国内外研究将一维金属导电材料银纳米线嵌入淀粉基底膜，制备出淀粉基底银纳米线柔性透明导电膜，实现生物质原料与光电材料的结合。但由于银纳米线在淀粉基底膜表面松散搭接，不仅影响导电膜机械稳定性，也使其粗糙度增大易导致光电器件短路，此外银纳米线暴露在空气中容易氧化而导致方块电阻增大。
技术实现思路
为了解决现有技术问题中存在的问题和不足，本专利技术的目的在于提供一种淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜及其制备方法。本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。本专利技术提供了一种淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜的制备方法，包括如下步骤：(1)制备淀粉基底膜：将淀粉加入去离子水中，得淀粉溶液，向淀粉溶液中添加三氯氧磷，搅拌，糊化，再加入乙二醇，搅拌、超声波处理、离心，得淀粉乳溶液，将淀粉乳溶液成膜，烘干，得淀粉基底膜；(2)制备复合导电液：将乙二醇加入聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)溶液中，超声波处理，得有机导电液；将有机导电液与银纳米线(AgNW)溶液混合，得复合导电液；(3)制备柔性导电膜：在将步骤(1)得到的淀粉基底膜上滴加步骤(2)得到的复合导电液，旋涂，干燥，得淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜。优选地，步骤(1)淀粉溶液中淀粉与去离子水的质量比为5％-7％；三氯氧磷的体积与淀粉的质量比为(0.1-0.2)mL/g；所述糊化的温度为80-100℃，时间为0.5-2h；乙二醇的体积与淀粉的质量比为(0.3-0.6)mL/g；所述烘干的温度为40-60℃，烘干的时间为10-15h。优选地，步骤(2)中聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸溶液的质量浓度为(0.5-1)g/ml；乙二醇与聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸溶液的体积比为2％-10％；银纳米线溶液的溶剂为去离子水，银纳米线的直径为40-80nm；银纳米线溶液的浓度为(2-12)mg/ml；有机导电液与银纳米线溶液的体积比为2％-10％。优选地，步骤(3)中所述旋涂是指将淀粉基底膜剪成半径为1.5-2.5cm的圆形，然后置于旋涂仪吸盘上，在所述圆形的圆心处滴加复合导电液，在500-2000r/min下旋涂10-20s；所述干燥的温度为20-40℃，时间为10-20h；所述柔性导电膜中银纳米线的沉积密度为100-500mg/m2。优选地，所述搅拌用的是磁力搅拌器，所述磁力搅拌器为85-2型磁力搅拌器，搅拌的转速为100-300r/min；搅拌的温度为20-35℃；搅拌的时间为20-40min。优选地，所述超声用的是KQ-250DE型数控超声波清洗器，100-300W超声波处理20-60min。优选地，所述离心采用的是L-550台式离心机，离心的转速为3000-6000r/min，离心的时间为5-10min；优选地，所述旋涂采用WS-650Mz-23NPPB型匀胶旋涂仪，500-2000r/min下旋涂10-20s。优选地，所述成膜用的方法为流延法。本专利技术还提供了一种所述淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜的制备方法制备的淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜。本专利技术是基于以下原理：AgNW/PEDOT柔性导电膜中聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)溶液填补了AgNW导电膜中的AgNW孔洞，在AgNW网状结构表面形成一层光滑透明的薄膜，显著降低了其表面粗糙度，也对AgNW起到了固定作用，从而提高膜结构稳定性及氧化稳定性，另外，载流子在有机PEDOT膜及无机AgNW间跳跃流通，使薄膜导电。PEDOT链化学参与AgNWs网络。PEDOT链的醌型结构被转化为苯型结构，更有利于电荷在链间和链内传输，电子从导电PEDOT链转移到银纳米线或从银纳米线转移到PEDOT，从而提高导电性。和现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果和优点：(1)本专利技术提供的淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜与目前应用最广泛的柔性衬底膜：PET膜、聚碳酸(PC)、聚乙烯醇(PVA)等相比，具有天然、可再生、易降解、不易造成严重的环境和生态问题等优势。目前已有用纤维素和石墨烯制备导电膜的报道，但纤维素不易溶解，且大多数纤维素溶剂价格昂贵，回收困难。具有高表面活性的淀粉基底膜作为天然可再生易降解的透明导电基底膜，在柔性电子材料，高分子复合材料等领域拥有着广阔的应用前景；(2)本专利技术提供的淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜，通过导电聚合物链和金属纳米线之间的电荷载流子传输，杂化膜的体电导率可以显著提高，这有助于通过电子跳跃机制进行电荷传输。这种电荷转移又通过有效钉扎价带内的费米能级和来自纳米金属的电荷载流子流入，导致淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜的电导率增加，其导电性能高于相同沉积密度的淀粉基底AgNW导电膜。附图说明图1为实施例1制备的淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜表面的SEM图；图2为实施例1至5制备的淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜和对比例1至5制备的淀粉基底AgNW导电膜的导电性能(导电方阻)的变化对比图；图3为实施例1至5制备的淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜和对比例1至5制备的淀粉基底AgNW导电膜的透光率的变化对比图；图4为实施例1至5制备的淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜方阻随弯曲次数的变化对比图；图5为实施例1至5制备的淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜的环境稳定性能对比图；图6为原料淀粉、实施例2制备的淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜和淀粉基底膜的热力学稳定性能对比图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。实施例1本实施例提供了一种淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜的制备方法，包括以下步骤：(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）制备淀粉基底膜：将淀粉加入去离子水中，得淀粉溶液，向淀粉溶液中添加三氯氧磷，搅拌，糊化，再加入乙二醇，搅拌、超声波处理、离心，得淀粉乳溶液，将淀粉乳溶液成膜，烘干，得淀粉基底膜；（2）制备复合导电液：将乙二醇加入聚(3,4‑乙烯二氧噻吩)‑聚苯乙烯磺酸溶液中，超声波处理，得有机导电液；将有机导电液与银纳米线溶液混合，得复合导电液；（3）制备柔性导电膜：在将步骤（1）得到的淀粉基底膜上滴加步骤（2）得到的复合导电液，旋涂，干燥，得淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜。

【技术特征摘要】
1.淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）制备淀粉基底膜：将淀粉加入去离子水中，得淀粉溶液，向淀粉溶液中添加三氯氧磷，搅拌，糊化，再加入乙二醇，搅拌、超声波处理、离心，得淀粉乳溶液，将淀粉乳溶液成膜，烘干，得淀粉基底膜；（2）制备复合导电液：将乙二醇加入聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸溶液中，超声波处理，得有机导电液；将有机导电液与银纳米线溶液混合，得复合导电液；（3）制备柔性导电膜：在将步骤（1）得到的淀粉基底膜上滴加步骤（2）得到的复合导电液，旋涂，干燥，得淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜。2.根据权利要求1所述淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）淀粉溶液中淀粉与去离子水的质量比为5%-7%；三氯氧磷的体积与淀粉的质量比为0.1-0.2mL/g；所述糊化的温度为80-100℃，时间为0.5-2h；乙二醇的体积与淀粉的质量比为0.3-0.6mL/g；所述烘干的温度为40-60℃，烘干的时间为10-15h。3.根据权利要求1所述淀粉基底AgNW/PEDOT柔性导电膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）中聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸溶液的质量浓度为0.5-1g/ml；乙二醇与聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸溶液的体积比为2%-10%；银纳米线溶液的溶剂为去离子水，银纳米线的直径为40-80nm；银纳米线溶液的浓度为（2-12）mg/ml；有机导电液与银纳米线溶液的体积比为2%-10%。4.根据权利要求1所述淀粉基底AgNW/PE...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡飞，贺非凡，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44