一种柔性可拉伸透明导电薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种柔性可拉伸透明导电薄膜及其制备方法和应用。本发明专利技术的柔性可拉伸透明导电薄膜的组成包括依次层叠贴合的可拉伸透明基底、阳离子聚电解质层、银纳米线透明导电网络和弹性体纳米纤维网络。本发明专利技术的柔性可拉伸透明导电薄膜的制备方法包括以下步骤：1)用阳离子聚电解质水溶液对可拉伸透明基底进行表面改性处理；2)银纳米线透明导电网络的制备；3)弹性体纳米纤维网络的制备。本发明专利技术的透明导电薄膜兼顾柔性、可拉伸性和高透明度，且导电稳定性优异、方阻小、制备工艺简单，在触摸屏面板、有机太阳能电池、发光二极管、透明薄膜加热器和透明电磁屏蔽薄膜领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性可拉伸透明导电薄膜及其制备方法和应用
本专利技术涉及透明导电薄膜
，具体涉及一种柔性可拉伸透明导电薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
透明导电薄膜(TransparentConductiveFilm，简称TCF)作为下一代可变形光电设备的基本组成部分，在触摸屏面板、有机太阳能电池、有机发光二极管、智能窗户等领域具有重要作用。目前，市面上广泛应用的透明导电材料是氧化铟锡(ITO)，其缺乏柔性，且制造成本高昂，并不适用于制备新一代的柔性/可拉伸透明导电薄膜。近些年来，研究人员发现利用一维银纳米线(AgNW)形成的导电渗流网络可以制备出性能优异的柔性/可拉伸透明导电薄膜，具有很好的应用前景。然而，由于AgNW与柔性/可拉伸基底的模量失配和弱的界面粘合力，导致在弯折、扭曲和拉伸等机械形变下AgNW易发生滑移、脱落和断裂，透明导电薄膜的性能不稳定。研究人员试图通过对基底或AgNW进行表面改性，或者对AgNW导电渗流网络进行封装等方法来提高基于AgNW的柔性/可拉伸透明导电薄膜的机械稳定性，但这些方法都是基于“柔性”进行设计，制备的TCF并不具备可拉伸性，且在柔性透明基底(例如：PET薄膜)上进行的表面改性、封装等制备技术也并不适用于可拉伸透明基底(例如：PDMS薄膜)。鉴于此，研究人员试图通过对可拉伸基底进行预拉伸来赋予透明导电薄膜可拉伸性，但该操作会进一步增大薄膜的表面粗糙度。可见，相比于弯曲形变，拉伸形变对TCF的材料制备和稳定性的要求更高。因此，亟需开发一种兼顾柔性、可拉伸性和高透明度的透明导电薄膜。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种柔性可拉伸透明导电薄膜及其制备方法和应用。本专利技术所采取的技术方案是：一种柔性可拉伸透明导电薄膜，其组成包括依次层叠贴合的可拉伸透明基底、阳离子聚电解质层、银纳米线透明导电网络和弹性体纳米纤维网络。优选的，所述可拉伸透明基底为聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底、聚氨酯(TPU)基底、SES/SEBS弹性体基底中的一种。优选的，所述可拉伸透明基底的表面进行过等离子体处理。优选的，所述阳离子聚电解质为数均分子量100000～350000的聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)。优选的，所述银纳米线的长度为20μm～60μm，直径为30nm～70nm。优选的，所述弹性体纳米纤维为聚氨酯(PU)-聚乙烯吡咯烷酮(PVP)复合纤维，直径为200nm～800nm。优选的，所述聚氨酯-聚乙烯吡咯烷酮复合纤维中聚氨酯、聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1.5:1～3:1。优选的，所述聚氨酯为聚酯型热塑性聚氨酯弹性体、聚醚型热塑性聚氨酯弹性体中的至少一种。优选的，所述聚乙烯吡咯烷酮的数均分子量为360000～1300000。上述柔性可拉伸透明导电薄膜的制备方法包括以下步骤：1)用阳离子聚电解质水溶液对可拉伸透明基底进行表面改性处理；2)将银纳米线用溶剂分散后涂覆在步骤1)处理过的基底上，形成银纳米线透明导电网络；3)通过静电纺丝法在银纳米线透明导电网络上构筑弹性体纳米纤维网络，即得柔性可拉伸透明导电薄膜。优选的，上述柔性可拉伸透明导电薄膜的制备方法包括以下步骤：1)用等离子体和阳离子聚电解质水溶液依次对可拉伸透明基底进行表面改性处理；2)将银纳米线分散在无水乙醇中，再旋涂在步骤1)处理过的基底上，干燥，形成银纳米线透明导电网络；3)配制弹性体纺丝液，再进行静电纺丝，在银纳米线透明导电网络上构筑弹性体纳米纤维网络，即得柔性可拉伸透明导电薄膜。优选的，步骤1)所述阳离子聚电解质水溶液的质量分数为0.1％～0.3％。优选的，步骤2)所述银纳米线、无水乙醇的添加量比为0.3mg:1mL～0.5mg:1mL。优选的，步骤2)所述旋涂在转速500rpm～2000rpm下进行，旋涂时间为5s～20s，重复操作4次～8次。优选的，步骤3)所述静电纺丝的工作电压为15kV～20kV，注射速度为0.3mL/h～1mL/h，接收距离为15cm～20cm，纺丝时间为5s～30s。本专利技术的有益效果是：本专利技术的透明导电薄膜兼顾柔性、可拉伸性和高透明度，且导电稳定性优异、方阻小、制备工艺简单，在触摸屏面板、有机太阳能电池、发光二极管、透明薄膜加热器和透明电磁屏蔽薄膜领域具有广阔的应用前景。具体来说：1)本专利技术的透明导电薄膜的方阻小(方阻<10Ω/sq)、透明度高(透光率>70％)，在10％拉伸应变下进行多次拉伸-回复循环还可以保持导电稳定性；2)本专利技术采用阳离子聚电解质作为可拉伸透明基底的表面改性剂，结合等离子体表面处理和改进的旋涂加工工艺得到自组装的聚二烯丙基二甲基氯化铵涂层，该涂层带有阳离子，与银纳米线-弹性体纳米纤维复合网络的结合力强；3)本专利技术结合旋涂加工工艺和静电纺丝技术，构筑银纳米线-弹性体纳米纤维双可拉伸透明网络，大大提高了基于银纳米线制备的柔性可拉伸透明导电薄膜的机械稳定性，在没有预拉伸结构设计的情况下，最高实现了15％拉伸应变下的导电稳定性，制得的柔性可拉伸透明导电薄膜在触摸屏面板、有机太阳能电池、发光二极管、透明薄膜加热器和透明电磁屏蔽薄膜领域具有广阔的应用前景。附图说明图1为实施例1～3中的弹性体纳米纤维网络的SEM图。图2为实施例1～3制备的柔性可拉伸透明导电薄膜在10％拉伸应变下进行100次拉伸-回复循环的电阻变化率曲线。图3为实施例1～3制备的柔性可拉伸透明导电薄膜在10％拉伸应变下进行拉伸-回复循环时，前10次循环过程中的电阻变化率曲线。图4为实施例3制备的柔性可拉伸透明导电薄膜分别在5％、10％和15％拉伸应变下进行100次拉伸-回复循环的电阻变化率曲线。图5为对比例1制备的透明导电薄膜在5％拉伸应变下进行100次拉伸-回复循环的电阻变化率曲线。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的解释和说明。实施例1：一种柔性可拉伸透明导电薄膜，其制备方法包括以下步骤：1)对大小规格20mm×20mm的PDMS基底进行10min(射频功率为18W)等离子体表面处理，再旋涂一层质量分数0.2％的PDDA(数均分子量100000～200000)水溶液，单次滴加200μL，600rpm转速下旋涂5s，2000rpm转速下旋涂20s；2)将银纳米线(长度20μm～60μm，直径30nm～70nm)分散在无水乙醇中配制成浓度0.5mg/mL的银纳米线分散液，再旋涂在步骤1)处理过的基底上，单次滴加100μL，1000rpm转速下旋涂5s，重复操作6次，干燥，形成银纳米线透明导电网络；3)将质量比为1.5:1的聚氨酯(巴斯夫ElastollanC80A)和聚乙烯吡咯烷酮(数均分子量1300000)分散在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中配制成固含量15％的弹性体纺丝液，再进行静电纺丝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性可拉伸透明导电薄膜，其特征在于，其组成包括依次层叠贴合的可拉伸透明基底、阳离子聚电解质层、银纳米线透明导电网络和弹性体纳米纤维网络。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性可拉伸透明导电薄膜，其特征在于，其组成包括依次层叠贴合的可拉伸透明基底、阳离子聚电解质层、银纳米线透明导电网络和弹性体纳米纤维网络。


2.根据权利要求1所述的柔性可拉伸透明导电薄膜，其特征在于：所述可拉伸透明基底为聚二甲基硅氧烷基底、聚氨酯基底、SES/SEBS弹性体基底中的一种。


3.根据权利要求1或2所述的柔性可拉伸透明导电薄膜，其特征在于：所述阳离子聚电解质为数均分子量100000～350000的聚二烯丙基二甲基氯化铵。


4.根据权利要求1或2所述的柔性可拉伸透明导电薄膜，其特征在于：所述银纳米线的长度为20μm～60μm，直径为30nm～70nm。


5.根据权利要求1或2所述的柔性可拉伸透明导电薄膜，其特征在于：所述弹性体纳米纤维为聚氨酯-聚乙烯吡咯烷酮复合纤维，直径为200nm～800nm。


6.根据权利要求5所述的柔性可拉伸透明导电薄膜，其特征在于：所述聚氨酯-聚乙烯吡咯烷酮复合纤维中聚氨酯、聚乙烯吡咯烷酮的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘岚，邢舒婷，肖杨，陈松，彭泽飞，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44