[发明专利]基于银纳米线的透明导电薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明提供一种基于银纳米线的透明导电薄膜的结构及其制备方法。 

背景技术

透明导电薄膜是具有较高可见光透过率和一定导电能力的功能薄膜，作为透明电极被广泛应用于液晶显示器、触摸屏、电致发光器件和薄膜太阳能电池中，以及作为防静电涂层和电磁屏蔽层。透明导电膜能够同时实现高的可见光透过率和较高的电导率，因此能够保证可见光子和载流子的同时传输。到目前为止，使用历史最长、综合性能最好的透明导电材料是锡掺杂氧化铟(ITO)，能够在可见光透过率为80％的情况下达到方阻值小于10Ω，电阻率低于1.5×10^-4Ωcm^-1。但是ITO面临着如下几个严重的问题。第一，全球铟资源即将消耗完毕，价格节节攀升，这种状况随着LCD平板显示市场和薄膜太阳能电池市场和产能的快速扩张而进一步加剧；第二，需要昂贵的真空镀膜设备并且在较高的基片温度下才能制备获得高质量的ITO薄膜，设备投资巨大；第三，需要沉积在柔性基板上时，基片温度通常要小于200℃，质量难以达到最佳，而且在使用过程中随着基片的弯曲，ITO容易开裂破坏。 

为了克服这些困难，大学和工业界开发出了多种新型的透明导电薄膜材料，其中最典型的例子是导电聚合物、铝掺杂氧化锌(AZO)、碳纳米管(CNT)和石墨烯透明导电薄膜。然而，导电聚合物的电导率低、在可见光区域具有较强的吸收、化学稳定性差；铝掺杂氧化锌和ITO同样有着容易开裂的问题，而且由于氧化锌是两性氧化物，化学和环境稳定性不够好；而碳纳米管透明导电薄膜由于碳纳米管之间的接触电阻较大，难以同时实现低的方块电阻和高的可见光透过率。以往的导电纳米线(纳米管)与可见光透明聚合物构成的导电复合材料，大多把导电纳米线(纳米管)与聚合物按照一定的比例均匀混合、分散形成特定形状的块体、纤维或者薄膜。由于有机聚合物能够阻碍纳米线(纳米管)之间的电子传输，所以为了实现高导电能力就要求导电纳米线(纳米管)的混合比例要求较高，但不可避免地降低了可见光透过率。文献(S.De等，Silver nanowire networks as flexible，transparent，conducting films：extremely high DC to optical conductivity ratios，Acs Nano 3(2009)1767-1774)报道了一种在聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜上制备银纳米线导电层的方法，但是银纳米线与PET之间的附着力差，导电层容易被粘起破坏，而且表面不够平坦，表面起伏可能高达100纳米～300纳米， 距离实际应用仍有相当差距。此外，能够与银纳米线形成较均匀导电网络的基片集中在表面能较高的基片，而银纳米线与低表面能的有机聚合物基片的结合能力不好，难以形成均匀、牢固的银纳米线导电层，因此基片选择的范围受到了一定程度的限制。 

所以，开发出可见光透过率高、方块电阻小、能够在柔性衬底上稳定使用和化学稳定性好的新型透明导电薄膜，在抗静电、电磁屏蔽、太阳能电池、触摸屏、柔性显示和电子纸领域具有应用价值，经济和社会效益很好。 

发明内容

本发明提出一种基于银纳米线的透明导电薄膜及其制备方法。 

包括基板、粘附层及银纳米线导电层，其特征在于：基板与银纳米材料导电层之间布设有粘附层，通过粘附层牢固地粘结基板和银纳米线导电材料。在银纳米线连续导电网络之上可以覆盖导电聚合物，以减少表面粗糙度。 

银纳米线的高长径(＞100)比有利于在基片上形成高性能的连续导电网络的同时具有一定的可见光透过率。根据Xia等人提出的方法(Polyol synthesis of uniform silver nanowires：Aplausible growth mechanism and the supporting evidence，Nano Letters 3(2003)955-960)，硝酸银被乙二醇还原，在聚乙烯吡咯烷酮的作用下形成银纳米线结构，其结构和微观形貌如图1所示。把银纳米线均匀分散在液体介质中，然后可以采用多种方法均能够在基片形成均匀的银纳米线导电网络。银纳米线和基片的结合牢固程度和基片表面能量和表面化学键状况密切相关。普通浮法玻璃、PET、PMMA、PC、PTFE和和硅橡胶表面与银纳米线的结合不牢固，使得一方面难以在这些基片上形成均匀的银纳米线导电网络；另外一方面即使在这些基片上面形成了银纳米线的导电网络，银纳米线也容易被粘起或被水平方向的摩擦力破坏。