一种可拉伸透明导电膜材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种可拉伸透明导电膜材料的制备方法。具体地，采用乳液法排布高长径比的金属纳米线，以构建有序的可拉伸的透明导电的网络结构，并解决其与聚合物的粘结性问题，实现金属纳米线的有序网络结构可控、拉伸状态下不破坏、其与聚合物间结合良好的方法。所述金属纳米线网络的透光率为50%~90%，方块电阻为10~100Ω/□，网格中线束的线数目可控，单位网格大小在50nm~500nm之间可控；所述膜材料在1000次及以上反复拉伸后，伸长率为5~150%，导电性能变化率为5~50%。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能源纳米技术相关领域，尤其涉及用于LED、太阳能电池、医用传感器、超级电容器、电磁屏蔽以及高温电池等的可拉伸透明导电膜材料的制造方法。
技术介绍
在为数不多的银纳米线用于可拉伸、透明、导电材料的报道中，通常采用溶液滴除法，即将悬浮在醇中的纳米线滴在玻璃板上，经干燥、复合、基板剥离、后处理等过程，制得可拉伸、透明、导电材料。采用这种滴除法制得了可拉伸、透明、导电的无序排布的银纳米线网络。但在拉伸过程中极易破坏，材料导电率下降明显，并且在反复拉伸、收缩中材料导电率变化不定、无规律。为此，构建在反复拉伸、收缩过程中，导电网络不被破坏，从而保证材料导电率拉伸前后均不发生变化极为重要。银纳米线等金属纳米材料很难按普通尺度下编织金属网格的方法进行编织，必须采用特殊的物理化学方法或是借助能够操控纳米尺度下材料的设备。银纳米线往往具有特定的晶体结构，呈五棱柱状，其表面在去除制备中所用的纳米线定向生长保护剂后，呈现出较强的极性，具有亲水性。利用这一特性可知银纳米线更易分散在极性溶剂中，不易甚至不能分散在非极性溶剂中，由此可设计一类极性溶剂与非极性溶剂构成的体系，加入一定的表面活性剂，制备成乳液，将表面具有极性的银纳米线加入到乳液中，均匀混合后滴涂制片，经干燥、清洗等后处理过程，即可得到有序网格化的、透明的银纳米线层。这种利用纳米线表面极性，并结合其与不同极性溶剂的相互作用，实现银纳米线的有序、定向排列，构建可拉伸、透明、导电银纳米线网络的方法较为简便易行。在这一新的构建纳米线导电网格的过程中，涉及到许多科学问题，如:纳米线表面极性的调控问题、乳液液滴尺度及其分布控制问题、成膜液膜厚度调控问题、液膜干燥过程中纳米线的迁移控制问题、干燥过程中咖啡滴效应的抑制问题等。银纳米线表面极性较强，许多有机聚合物的极性较弱，两者间的粘结性较差，为得到稳定的可拉伸透明导电膜材料，必须实现银纳米线网络与有机聚合物间的良好粘结，才能保证这类材料在反复拉伸过程中，银纳米线网络与有机聚合物的紧密结合。可拉伸透明导电材料在LED、聚合物型太阳能电池、医用传感器、超级电容器、电磁屏蔽以及高温电池上的应用研究，根据LED等柔性电子器件的需要，调整材料的性能，如拉伸变化率、电导率、透光率、表面平整度、耐溶剂性能等。有鉴于此，确有需要提供一种能解决上述不足的构建高拉伸倍率、高透明性、高导电性的金属纳米线导电网络，以及金属纳米线与聚合物基底有效地粘结，即一种适用于可拉伸柔性电子器件需求的新型电极材料
技术实现思路
本专利技术的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。本专利技术的目的之一是提供，其中，乳液法排布高长径比的金属纳米线以构建有序的可拉伸的透明导电的网络结构，乳液体系是由极性溶剂、非极性溶剂、表面活性剂和添加剂组成；所述金属纳米线网络的透光率为10°/Γ95%，方块电阻为5 1000Ω/ □，网格中线束的线数目可控，单位网格大小在50nnT500nm之间可控；所述膜材料在10次及以上反复拉伸后，伸长率为0.5 200%，导电性能变化率为0.5 100%。优选地，所述金属纳米线包括银纳米线、铜纳米线、金纳米线、镍纳米线、铝纳米线、锌纳米线、钛纳米线以及上述的所有金属的合金纳米线中的任一种或多种。优选地，所述金属纳米线的直径为5nm-500nm,长度为0.5 μ m-2000 μ m。优选地，所述乳液体系中极性溶剂为蒸馏水、甲醇、乙醇、异丙醇等与非极性溶剂不相溶的极性溶剂中的任一种或多种。优选地，所述乳液体系中非极性溶剂为苯、甲苯、二甲苯、氯仿、二氯甲烷、环己烷、己烷等与极性溶剂不相溶的非极性溶剂中的任一种或多种。优选地，所述乳液体系中表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、双琥珀酸磺酸钠(Α0Τ)、四丁基溴化铵、蓖麻油聚氧乙烯醚(E1-10)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AE0-9)、曲拉通、司潘、吐温等可形成水包油型乳液的表面活性剂中的任一种或多种。优选地，所述乳液体系中加入的添加剂为聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚丙烯酸甲酯(PMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯腈(PAN)、聚醋酸乙烯酯(PVAc)等可溶于非极性溶剂的无色聚合物中的任一种或多种。 优选地，所述初始膜材料为聚二甲基硅烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、橡胶等柔性高分子物质中的任一种或多种。根据本专利技术，提供了，所述方法包括以下步骤: (1)将不同的极性溶剂、非极性溶剂、表面活性剂以及聚合物配制成乳液； (2)将金属纳米线进行表面极性调控，并在乳液中分配、滴涂成片、可控下干燥、清洗去除表面活性剂及聚合物、加热再干燥、进行金属纳米线网络平整化处理； (3)将金属纳米线与聚二甲基硅烷等初始有机膜材料制成可拉伸透明导电膜材料，并通过对金属纳米线的极性处理及表面粗糙度调控，提高金属纳米线与有机聚合物原始膜材料的粘结性。优选地，所述步骤(I)在超声振荡或机械搅拌中进行。优选地，所述步骤(2)涂片需在井中可控干燥，清洗表面活性剂及聚合物需用相应乳液中的极性溶剂及非极性溶剂。优选地，所述步骤(2)加热再干燥需在鼓风干燥箱中加热至220°C，I小时。优选地，所述步骤(3)将聚二甲基硅烷等初始有机膜材料的有机溶液滴于网络结构的涂片上，待干燥后取下。附图说明本专利技术的这些和/或其他方面和优点从下面结合附图对优选实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中: 图1为根据本专利技术的乳液法定向排列的银纳米线扫描电镜 图2为根据本专利技术的处于另一放大倍数下的乳液法定向排列的较少银纳米线生物显微镜 图3为根据本专利技术的处于另一放大倍数下的银纳米线束中的定向排列扫描电镜图。具体实施例方式下面通过实施例，并结合附图1-2，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本专利技术实施方式的说明旨在对本专利技术的总体专利技术构思进行解释，而不应当理解为对本专利技术的一种限制。下面参考附图1-2对根据本专利技术的用于可拉伸透明导电膜材料的制备方法进行说明。在本专利技术的一个实例中，提供了，其中，所述乳液法排布高长径比的金属纳米线以构建有序的可拉伸的透明导电的网络结构，乳液体系是由极性溶剂、非极性溶剂、表面活性剂和添加剂组成；所述金属纳米线网络的透光率为10°/Γ95%，方块电阻为5 1000Ω/ 口，网格中线束的线数目可控，单位网格大小在50nnT500nm之间可控；所述膜材料在10次及以上反复拉伸后，伸长率为0.5 200%，导电性能变化率为0.5 100%。所述金属纳米线包括银纳米线、铜纳米线、金纳米线、镍纳米线、铝纳米线、锌纳米线、钛纳米线以及上述的所有金属的合金纳米线中的任一种或多种。优选地，所述金属纳米线为银纳米线。所述金属 纳米线的直径为5nm-500nm，长度为0.5 μ m-2000 μ m。所述乳液体系中极性溶剂为蒸馏水、甲醇、乙醇、异丙醇等与非极性溶剂不相溶的极性溶剂中的任一种或多种。所述乳液体系中非极性溶剂为苯、甲苯、二甲苯、氯仿、二氯甲烷、环己烷、己烷等与极性溶剂不相溶的非极性溶剂中的任一种或多种。所述乳液体系中表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、双琥珀酸磺酸钠(Α0Τ)、四丁基溴化铵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可拉伸透明导电膜材料，具体地，乳液法排布高长径比的金属纳米线以构建有序的可拉伸的透明导电的网络结构，乳液体系是由极性溶剂、非极性溶剂、表面活性剂和添加剂组成；所述金属纳米线网络的透光率为10%~95%，方块电阻为5~1000Ω/□，网格中线束的线数目可控，单位网格大小在50nm~500nm之间可控；所述膜材料在10次及以上反复拉伸后，伸长率为0.5~200%，导电性能变化率为0.5~100%。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆武，张晴晴，尹继磊，景琳舒，贺培，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：