基于植物叶脉的复合透明导电薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及透明导电薄膜领域，尤其是基于植物叶脉的复合透明导电薄膜及其制备方法，是通过沉积法将植物叶脉与银纳米线‑MXene复合形成的透明导电薄膜。包括如下步骤：(1)、使用氢氧化钠水溶液刻蚀植物叶子后去除叶肉细胞，去离子水洗涤后烘干得到植物叶脉基底；(2)、将植物叶脉基底压平得到平整的植物叶脉基底；(3)、在银纳米线乙醇溶液中浸泡后烘干，获得银纳米线导电层，将获得银纳米线导电层的叶脉在MXene溶液中浸泡后烘干(4)、将步骤3得到的银纳米线‑MXene导电网络叶脉透明导电薄膜压平。具有高导电率、高透光率、高粘附性、高耐久、高柔性和高机械稳定性等特点，在电子设备中有着广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于植物叶脉的复合透明导电薄膜及其制备方法
本专利技术涉及透明导电薄膜领域，尤其是基于植物叶脉的复合透明导电薄膜及其制备方法。
技术介绍
透明导电薄膜在触摸屏、有机发光二极管、液晶显示器、太阳能电池、传感器、可打印电子产品等许多电子设备中有着广泛的应用。透明导电薄膜的灵活性和稳定性在电子器件的发展中起着越来越重要的作用。绝大多数的薄膜光电器件大多使用溅射金属氧化物薄膜作为其透明电极材料。就目前而言，使用最为广泛的是基于氧化铟锡(IT0)的透明导电薄膜，由于氧化铟锡(ITO)薄膜具有良好的导电性和透明性，在过去的半个世纪中被广泛应用于商业用途。然而，氧化铟的脆性、高温沉积工艺以及价格昂贵多变等缺点严重限制了柔性TCEs的发展。因此，溅射金属氧化物的透明电极不能适应未来电子产品便携化、柔性化和轻薄化的发展趋势，寻找其替代材料迫在眉睫。在过去的十年中，各种材料包括导电聚合物、碳纳米管(CNTs)、石墨烯、金属纳米线和MXene被探索作为氧化铟的替代品。在这些候选材料中，导电聚合物具有较弱的力学性能、较低的电导率和较低的透过率。碳纳米管之间的高接触电阻限制了碳纳米管的导电性。石墨烯的导电性低，而且合成时需要极高的温度。而其中，银纳米线因其高透明度、优良的导电性、高机械强度，优良的柔韧性和可用于大规模生产而备受关注。Ti3C2Tx是目前研究最广泛的MXene材料，它具有金属导电性、亲水性、高机械强度和电磁屏蔽性能。但银纳米线和MXene在应用于光电器件时，仍有很多问题需要解决。银纳米线透明导电薄膜的制备方法多采用旋涂、刮涂或喷涂等方法，制备的银纳米线透明导电薄膜中，银纳米线只是简单堆叠，银纳米线间的接触电阻较大，采用一些工艺来处理以降低接触电阻。目前常用的较为有效的提高导电性的方式有高温退火、激光焊接、热压等方式,但高温处理不适用于不耐高温的聚合物柔性基底；常温采用的机械压力加载的焊接方式会造成银纳米线表面造成破坏，大大降低纳米线薄膜的导电性。银纳米线在基底上杂乱无章的分布从而导致银纳米线薄膜面临着传导方向有限的缺点。此外，银纳米线与基底之间的结合力很弱，在弯折时极易与基底发生剥脱，在实际应用当中对于器件的耐久性极为不利。例如专利技术申请CN102270524中利用机械加压将银纳米线与聚合物复合成膜，此方法能够在很大程度上解决表面粗糙度的问题，但忽略略了机械压力对纳米线表面的损伤，极易造成导电薄膜性能不稳定。CN102087886A在基底表面先涂覆一层粘附剂(如PVA),再涂覆银纳米线,经过干燥之后得到的复合涂层。这种方法虽然使涂层的附着性大幅度提高，却降低了涂层的导电性。CN106601339A将银纳米线焊接成为具有高导电性的纳米线网络并嵌入海酸钠薄层当中。之后，采用氯化钙溶液处理得到复合薄膜。这种方法虽然可以得到具有较强粘附性和低粗糙度的导电薄膜，但银纳米线无序的堆积在一起，无法形成有序的导电网络。CN104882223A在基底上涂敷银纳米线后在银纳米导电层上继续涂敷氧化石墨烯，制备氧化石墨烯/银纳米线复合透明导电薄膜。这种方法需经高温处理，从而对基底造成一定的破坏从而降低透明导电薄膜的强度。CN111341497A中将银纳米线分散液涂布在洗涤处理后衬底上，干燥后获得厚度为50～200nm的银纳米线透明导电薄膜；再均匀涂覆Mxene分散液，干燥后获得厚度为51～500nm的银纳米线/MXene复合透明导电薄膜。这种方法虽然构建了导电网络但接触电阻较高且与基底的结合力较弱，在弯曲过程导电材料容易脱落。因此，如何制备一种具有高导电率、高透光率、高粘附性、高耐久、高柔性和高机械稳定性等特点的透明导电薄膜是本专利技术解决的技术问题。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，提供了基于植物叶脉的复合透明导电薄膜及其制备方法，具有高导电率、高透光率、高粘附性、高耐久、高柔性和高机械稳定性等特点，在电子设备中有着广泛的应用前景。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是，基于植物叶脉的复合透明导电薄膜，是通过沉积法将植物叶脉与银纳米线-MXene复合形成的透明导电薄膜。上述的基于植物叶脉的复合透明导电薄膜，所述银纳米线的直径为100-130nm，长度为40-60μm。上述的基于植物叶脉的复合透明导电薄膜，所述MXene的尺寸为1-5μm。上述的基于植物叶脉的复合透明导电薄膜的制备方法，包括如下步骤：步骤1、使用氢氧化钠水溶液刻蚀植物叶子后去除叶肉细胞，去离子水洗涤后烘干得到植物叶脉基底；步骤2、将步骤1所得的植物叶脉基底压平得到平整的植物叶脉基底；步骤3、将步骤2得到的植物叶脉基底在银纳米线乙醇溶液中浸泡后烘干，获得银纳米线导电层，将获得银纳米线导电层的叶脉在MXene溶液中浸泡后烘干；步骤4、将步骤3得到的银纳米线-MXene导电网络叶脉透明导电薄膜压平，得到平整的银纳米线-MXene复合叶脉透明导电薄膜。上述的基于植物叶脉的复合透明导电薄膜的制备方法，所述步骤1中植物叶子为玉兰叶、桂花叶。上述的基于植物叶脉的复合透明导电薄膜的制备方法，在步骤3中，所述植物叶脉基底在银纳米线乙醇溶液中浸泡后烘干温度为50-70℃，烘干时间为30-40min，所述银纳米线导电层的叶脉在MXene溶液中浸泡后烘干温度为50-70℃，烘干时间为30-40min，烘干后重复步骤3，得到多层银纳米线-MXene导电网络叶脉透明导电薄膜，重复次数为1-6次。上述的基于植物叶脉的复合透明导电薄膜的制备方法，在步骤1中，所述氢氧化钠水溶液的浓度为0.1-0.2g/ml。上述的基于植物叶脉的复合透明导电薄膜的制备方法，在步骤1中，所述氢氧化钠水溶液的温度为90-100℃，刻蚀时间为2-3h。上述的基于植物叶脉的复合透明导电薄膜的制备方法，在步骤1中，所述烘干温度为50-70℃，烘干时间为30-40min。上述的基于植物叶脉的复合透明导电薄膜的制备方法，在步骤3中，所述银纳米线乙醇溶液的浓度为1-5mg/ml，所述MXene水溶液的浓度为1-5mg/ml。本专利技术基于植物叶脉的复合透明导电薄膜及其制备方法的有益效果是，本专利技术中采用植物叶脉作为透明导电薄膜的基底。植物叶脉通过不断进化，以实现透明度、材料输送和机械稳定性之间的平衡。此外，由于银纳米线与基体的接触面积有限，且范德华力较弱，沉积在基体上的银纳米线具有较低的附着力。在叶脉表面存在着沟槽，叶脉表面沟槽的存在使得银纳米线和MXene更有利于附着在叶脉表面大大提高了透明导电薄膜的导电性。并且提高了银纳米线与MXene在叶脉基底的粘附性，从而在弯曲过程中导电层不易发生脱落。植物叶脉具有层次结构，包括叶柄、中脉、次脉和次脉。这些不同层次的植物叶脉形成了一个相互连接的网络结构。在叶脉网络结构构建的银纳米线-MXene导电层可以形成连续的导电网络，从而使银纳米线-MXene透明导电薄膜有多方向传导特性。采用一维银纳米线和二维MXene构建三维导电网络。在一维银纳米线网络中加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于植物叶脉的复合透明导电薄膜，其特征在于：是通过沉积法将植物叶脉与银纳米线-MXene复合形成的透明导电薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.基于植物叶脉的复合透明导电薄膜，其特征在于：是通过沉积法将植物叶脉与银纳米线-MXene复合形成的透明导电薄膜。


2.根据权利要求1所述的基于植物叶脉的复合透明导电薄膜，其特征是，所述银纳米线的直径为100-130nm，长度为40-60μm。


3.根据权利要求2所述的基于植物叶脉的复合透明导电薄膜，其特征是，所述MXene的尺寸为1-5μm。


4.根据权利要求1-3任意一项所述的基于植物叶脉的复合透明导电薄膜的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤1、使用氢氧化钠水溶液刻蚀植物叶子后去除叶肉细胞，去离子水洗涤后烘干得到植物叶脉基底；
步骤2、将步骤1所得的植物叶脉基底压平得到平整的植物叶脉基底；
步骤3、将步骤2得到的植物叶脉基底在银纳米线乙醇溶液中浸泡后烘干，获得银纳米线导电层，将获得银纳米线导电层的叶脉在MXene溶液中浸泡后烘干；
步骤4、将步骤3得到的银纳米线-MXene导电网络叶脉透明导电薄膜压平，得到平整的银纳米线-MXene复合叶脉透明导电薄膜。


5.根据权利要求4所述的基于植物叶脉的复合透明导电薄膜的制备方法，其特征是，所述步骤1中植物叶子为玉兰叶、桂花叶。...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗锦雷，曲丽君，范强，刘旭华，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东;37