[发明专利]基于银纳米线透明导电薄膜的加热器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种透明加热器及其应用，尤其涉及一种可作为除雾玻璃、液晶显示器、可视反应器、冰箱和制冷柜视窗、热致变色仪、高灵敏传感器等器件加热衬底的银纳米线透明导电薄膜加热器及其制备方法。

背景技术

近年来随着科技的迅猛发展，人们对智能化的追求越来越普遍，例如行驶的汽车可以快速给玻璃除雾、冰箱和制冷柜视窗可以自动除雾、观赏用鱼缸可以自动给水升温、窗户玻璃可以自动变换颜色等等。实现这些智能化要求需要一种透明加热器，即基于透明导电薄膜的电加热器。传统的透明加热器一般采用金属氧化物透明导电薄膜，如发明专利CN1068695A使用化学气相沉积或者磁控溅射的In、Sn、Sb、Al等元素掺杂的氧化铟、氧化锡和氧化锡透明导电薄膜，实用新型专利CN2256201Y使用喷雾气相沉积的金属氧化物透明导电薄膜，美国发明专利US4952783使用真空沉积的氧化锡、氧化铟锡透明导电薄膜,美国发明专利US4970376使用高真空磁控溅射的氧化铟锡透明导电薄膜，美国发明专利US5057667使用化学气相沉积或者磁控溅射的氟掺杂氧化锡透明导电薄膜，美国发明专利US5448037、US5493102、US5750267和US5911899使用分子束外延、化学气相沉积或者磁控溅射的氧化铟锡与超薄金属复合透明导电薄膜，美国发明专利US5886763和US6089751使用ITO透明导电薄膜。这些加热器的透明导电薄膜组件制备工艺复杂、成本高、不适合在曲面衬底上制备；特别地，这些薄膜由金属氧化物颗粒组成，脆性大、弯折易断，不具有弯曲导电性，无法应用于柔性器件中。因此，研发工艺简单、廉价，并且能够在柔性器件中应用的透明加热器显得尤为迫切。最近，基于银纳米线的透明导电薄膜引起了广泛关注，首先银是导电性最好的金属，其次纳米线具有良好的韧性，由银纳米线搭建的网格结构薄膜在导电的同时保证了可见光的透过，制备在柔性衬底上的薄膜在弯折时仍具有良好的导电性。更为重要的是，银纳米线和薄膜制备简单，银纳米线可由多元醇法简易、低成本、批量合成，利用刮涂、喷涂、悬涂等方法可以把分散良好的银纳米线胶体涂覆在具有曲面的刚性或者柔性衬底上，方法简便，利于规模化生产。目前关于银纳米线透明导电薄膜加热器只有零星报道，报道中采用银纳米线与合成工艺复杂的碳纳米管、石墨烯、硅酸盐片状纳米盘的混合物或者未保护的裸露银纳米线制备透明导电薄膜，而利用结构简单的银纳米线透明导电薄膜构筑均匀加热、并有效防止腐蚀的加热器尚无报道，也无专利保护。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单的银纳米线透明导电薄膜加热器及其制备方法，可以解决目前透明加热器工艺复杂、受热不均、易腐蚀的问题。

为实现上述目的，本发明采用技术方案如下：

一种基于银纳米线透明导电薄膜的加热器，包括：

透明衬底：衬底在可将光区平均透过率不低于50％，包括平面的和曲面的衬底，也包括刚性的衬底如玻璃、陶瓷等，和柔性的衬底如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚氨酯等，衬底厚度依据加热器热响应快慢在0.05mm-20mm范围内可选；

透明导电薄膜：薄膜由银纳米线网格组成导电通道，填充导电聚合物如聚乙撑二氧噻吩、聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙烯和聚双炔等使导电、加热更均匀，银纳米线薄膜面电阻依据厚度在0.5Ω/square-500Ω/square范围内可选，透过率介于60％-95％；

导电电极：在透明导电薄膜两端制备线电极连接金属导线，包括蒸发、溅射、粘附等方法制备的金、银、铝等电极；

保护层：为防止薄膜在日常环境中腐蚀、老化，在薄膜上制备一层纳米尺度的透明保护层，如聚乙烯醇、硅胶等。

本发明基于银纳米线透明导电薄膜的加热器的制备方法，包括以下步骤：

(1)衬底亲水化处理

将依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗20-30分钟的各种衬底放入紫外臭氧清洗机，经过30℃-120℃臭氧轰击5-60分钟得到亲水表面；

(2)透明导电薄膜制备：

银纳米线胶体制备：将多元醇法合成的银纳米线超声分散在乙醇和异丙醇的混合液中，体积比为0.5-2，浓度为2-20mg/mL；

银纳米线前驱薄膜涂覆：利用刮涂、喷涂、旋涂等技术在衬底上涂覆银纳米线前驱薄膜；

银纳米线薄膜制备：刚性衬底热处理成膜，柔性衬底层压成膜；