一种嵌入式耐高温透明导电薄膜、其制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种嵌入式耐高温透明导电薄膜、其制备方法及应用。针对现有技术中纳米银薄膜材料难以耐受高温环境，制备工艺较为复杂的缺陷。本发明专利技术目的在于提供一种制备工艺简单并且具有良好热稳定性的导电薄膜材料。基于该目的，本发明专利技术提供了一种基于AgNWs咖啡环和PI的柔性耐高温导电薄膜，通过向聚合物薄膜表面喷覆纳米银溶液，待纳米银干燥后再旋涂一层液态柔性衬底，加热使液态柔性衬底固化，冷却后将导电薄膜与聚合物薄膜剥离得到所述导电薄膜。经本发明专利技术验证，该导电薄膜耐温性佳，并且同时具有良好的导电性，还能够耐受多种有机溶剂，可应用于某些极端环境中电子设备的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种嵌入式耐高温透明导电薄膜、其制备方法及应用
本专利技术属于柔性透明导电薄膜
，具体涉及一种AgNWs咖啡环和聚酰亚胺(PI)的嵌入式柔性透明耐高温导电薄膜、其制备方法及应用。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。柔性透明导电膜是一种横向具有导电性，纵向具有透明性的新型的透明导电材料。它是现代电子制造业不可缺少的一部分，可适用于触摸屏、太阳能电池、有机发光二极管、电磁屏蔽设备、偶极子天线、场效应晶体管、超级电容器、致动器、智能隐形眼镜、扬声器、加热器等各种电子设备。在柔性电子领域和可穿戴电子领域呈现出非常巨大的应用前景。传统的商用透明导电薄膜材料主要是锡掺杂的氧化铟锡(ITO)。虽然技术成熟，但ITO是一种固有脆性高的刚性材料，而且热不稳定，很难在高温下正常工作。除此之外，铟是一种稀缺的贵金属材料，这也限制了ITO透明导电膜的长期发展。所以目前选用延展性、导电性好透光率高，成本低的银纳米线(AgNWs)作为替代物是非常有前景的一项研究。但由于AgNWs的接触电阻对其导电性能有很大限制，所以在制备导电薄膜时会用各种方法来减小接触电阻对导电性的影响，除此之外，AgNWs本身的热稳定性能并不是很突出。目前研究中提供了多元醇法制备了五边形双纳米银线，在纳米银线表面覆盖聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，然后将纳米线重新分散在30mL的甲醇中。分散后的银纳米线滴铸到悬浮的氮化硅窗口上，形成纳米线连接再进行刻蚀。专利技术人认为，该方法的预处理步骤较为复杂，还包括通过搅拌辅助方法简单地将AgNWs悬浮液混入控制良好的粘性溶剂中，通过简单地控制搅拌速度和持续时间，可以将单层AgNWs排列在预应变的带有聚(乙烯亚胺)(PEI)涂层的聚二甲基硅氧烷(PDMS)基板上。该材料中，AgNWs能够得到规则的正交网格形状，减少接触电阻，此外该导电薄膜耐温性良好，可耐100℃以内的温度。专利技术人认为，虽然上述方式制备的柔性导电薄膜在一定程度上能减小接触电阻，但仍然存在一些不足：上述方案对制备的设备要求高，如AGHeatpulse210系统快速退火炉，制备过程涉及过硫酸铵、N,N'-二甲基-丙烯酰胺等对人体有危害的化学试剂。针对上述研究，专利技术人认为，虽然上述方案能够在一定程度上能减少接触电阻，但导电薄膜的耐温性普遍都很差，无法适用于高温工作环境，很大程度限制了导电薄膜的应用。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
中的记载，本专利技术目的在于提供一种制备工艺简单，对设备要求低，器件在导电性和热稳定上表现较佳的导电薄膜。基于该技术目的，本专利技术提供了一种基于AgNWs咖啡环和PI的嵌入式柔性耐高温导电薄膜，制备工艺简单的同时还具有良好的稳定性。基于上述技术效果，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术第一方面，提供一种嵌入式耐高温透明导电薄膜，所述导电薄膜的一个表面具有纳米银层，所述纳米银呈现咖啡环结构并嵌入于柔性衬底中。本专利技术目的在于提供一种具有良好耐高温性能导电薄膜材料，聚酰亚胺材料本身具有良好的热稳定性，采用聚酰亚胺作为衬底材料有望获得良好热稳定性能。相比于现有技术，本专利技术使用大家日常都会经历过但又时常被忽视的“咖啡环效应”，即当在衬底上喷射一定浓度的AgNWs溶液时，在衬底表面会钉扎喷射出来的小液滴，因为液滴中间蒸发速度要低于边缘地区，这样就会产生毛细流动，使得溶液中的AgNWs从中心位置被驱动到边缘位置，产生“咖啡环”。该方法独特之处在于成本低，制备简单，对实验设备、材料、环境要求较低，并且可以显著降低AgNWs的接触电阻，便于大规模批量生产，除此之外，咖啡环的大小根据实际需要也是可以调控的，这样可以根据实际应用的需要选择合理的方阻与透明度。依据本专利技术的研究结果，采用咖啡环结构的AgNWs与聚酰亚胺衬底结合能够兼顾导电效果及耐高温性能，应用于极限环境的导电材料具有良好的开发前景。并且本专利技术的进一步研究表明，纳米银与聚酰亚胺的结合形式能够进一步影响该导电薄膜的热稳定性。依据本专利技术的研究结果，当纳米银环状结构嵌入聚酰亚胺薄膜内，所述导电薄膜的耐温性能实现了一倍的提升效果，耐温极限显著提高，最高可耐受400℃左右的高温，显著超过现有研究中导电材料的耐热能力，并且还具有良好的化学稳定性。基于该效果，本专利技术还提供所述嵌入结构导电薄膜的制备方法。本专利技术第二方面，提供第一方面所述嵌入式耐高温透明导电薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：向聚合物薄膜表面喷覆纳米银溶液，待纳米银干燥后再旋涂一层液态柔性衬底，加热使液态柔性衬底固化，冷却后将导电薄膜与聚合物薄膜剥离得到所述导电薄膜。本专利技术提供的制备工艺简单，对于工业化扩大生产十分友好，并且能够通过调节喷涂的参数很容易的实现对咖啡环尺寸的调节，从而根据应用目的对导电性能进行改善。本专利技术第三方面，提供第一方面所述嵌入式耐高温透明导电薄膜在信息、能源、医疗及国防领域的应用。由于本专利技术提供的导电薄膜在耐温性能方面有突出的提升，应用于极端环境中工作的电子设备，如高温工作环境中的航空航天、冶金设备，或含有化学腐蚀的化工设备中，相比现有技术中的导电薄膜材料具有显著的优势。以上一个或多个技术方案的有益效果是：本专利技术所提供的导电薄膜，成本低、制备简单、对实验设备、材料、环境要求低、可调控性强，可大规模批量生产。并且耐温性佳，可承受400℃的高温，远高于一般的柔性导电薄膜。同时，该导电薄膜具有良好的导电性，方阻均匀约为30Ω/□，此时透明度约为68.1％。此外，所述柔性导电薄膜还能耐受多种有机溶剂，如乙醇、丙酮、甲苯等，可应用于高温化工设备的电子元器件制备，相比现有导电薄膜大大扩展了应用方式。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1是本专利技术所述耐高温导电薄膜的制备方法的参考流程示意图。图2是本专利技术实施例1所述耐高温导电薄膜的热稳定图谱。图3是本专利技术实施例1所述耐高温导电薄膜的光学显微镜图谱。图4是本专利技术实施例1所述耐高温导电薄膜的扫描电子显微镜图谱；其中，图4(a)为1000倍尺寸，图4(b)为8424倍尺寸。图5是本专利技术实施例1所述耐高温导电薄膜的化学稳定性图谱。图6是本专利技术实施例1所述耐高温导电薄膜的透明度测试图谱。图7为本专利技术实施例4中所述非嵌入式导电薄膜SEM图；其中，图7(a)为咖啡环交接处的节点附着在PI薄膜表面的SEM图(即图b中圆圈所示)，放大倍数为5890倍；图7(b)为部分导电薄膜附着在PI膜表面的微观结构SEM图，放大倍数为1780倍；图7(c)为咖啡环交接处的银纳米线束(即图b中方框所示)，放大倍数为10000倍。图8为实施例1中所述嵌入式导电薄膜SEM图；其中，图8为AgNWs咖本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种嵌入式耐高温透明导电薄膜，其特征在于，所述导电薄膜的一个表面具有纳米银层，所述纳米银呈现咖啡环结构并嵌入于柔性衬底中。/n

【技术特征摘要】
20200731 CN 20201075945951.一种嵌入式耐高温透明导电薄膜，其特征在于，所述导电薄膜的一个表面具有纳米银层，所述纳米银呈现咖啡环结构并嵌入于柔性衬底中。


2.如权利要求1所述嵌入式耐高温透明导电薄膜，其特征在于，所述柔性衬底包括但不限于聚酰亚胺薄膜、无色聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜、聚二甲基硅氧烷薄膜、苯乙烯橡胶薄膜；
优选的，所述柔性衬底为聚酰亚胺薄膜；更进一步的，所述聚酰亚胺薄膜的厚度为10-1000um。


3.如权利要求1所述嵌入式耐高温透明导电薄膜，其特征在于，所述纳米银的直径为10-100nm；
或所述纳米银的长度为10-500um。


4.权利要求1-3任一项所述嵌入式耐高温透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：向聚合物薄膜表面喷覆纳米银溶液，待纳米银干燥后再旋涂一层液态柔性衬底，加热使液态柔性衬底固化，冷却后将导电薄膜与聚合物薄膜剥离得到所述导电薄膜。


5.如权利要求4所述嵌入式耐高温透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述聚合物薄膜为包括但不限于聚酰亚胺薄膜、无色聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜、聚二甲基硅氧烷薄膜、苯乙烯橡胶薄膜中的一种；
优选的，所述聚合物薄膜为聚酰亚胺薄膜；进一步优选的，所述聚合物薄膜为聚酰亚胺薄膜，所述柔性衬底也是聚酰亚胺薄膜。


6.如权利要求4所述嵌入式耐高温透明导电薄膜的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱凯，孙博文，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37