[发明专利]一种低雾度透明导电薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于透明导电薄膜领域，具体涉及一种低雾度透明导电薄膜及其制备方法。

背景技术

透明导电薄膜可以应用于触摸屏，显示设备，电磁屏蔽等领域。传统的ITO透明导电薄膜由于其含有的稀有金属铟(In)全球储量有限，并且由于其在柔性衬底上的耐弯曲性能差，ITO替代材料吸引了越来越多的目光。在所有ITO替代材料中，相同导电性的情况下，金属纳米线网络构成的导电薄膜具有最高的全光透过率，100Ω/□时550nm处的透光率可不低于99％(扣除衬底)，远远高于石墨烯(低于90％)[1]，碳纳米管(低于80％)[2]，导电高分子(低于80％)[3]。然而，金属纳米线构成的网络结构会引起光线的散射，偏离入射方向大于2.5°的散射光通量与透过材料的光通量之比的百分率用雾度(Haze)表示。雾度越高，散射光越多，对于基于金属纳米线的透明导电薄膜而言，外观越白，视觉效果越不通透。雾度成为基于金属纳米线网络的透明导电薄膜的软肋。对于基于金属纳米线网络的透明导电薄膜，降低雾度成为制造高品质透明导电薄膜的关键之一。

一般而言，金属纳米线沉积在透明衬底上就已经可以形成透明导电的纳米线网络，然而实际使用中，基于金属纳米线网络的透明导电薄膜会受到环境中氧气，硫化物，电解质等的影响而被腐蚀，降低其导电性，同时还为了提高其耐刮擦性能，基于金属纳米线网络的透明导电薄膜还会在衬底、导电网络层上面覆盖光学透明的保护层。雾度的来源也包括这三层的贡献，即衬底的雾度，导电网络层的雾度，保护层的雾度。其中衬底的雾度主要取决于选材，导电层的雾度取决于纳米线的尺寸，用量，薄膜的制备工艺，保护层一般带来的雾度小于其减小的雾度。PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)是工业领域常用的光学薄膜材料，其经常被作为衬底材料应用至各行业。实验发现，在PET表面涂布硬化液进行硬化处理(hard coating)可有效降低PET衬底雾度，但是硬化处理之后的PET薄膜表面亲水性差，表面能很低，虽然如CN 101589473 B专利所述，通过plasma处理或UV臭氧处理的方式可以增加PET衬底的亲水性，然而由于透明导电墨水组合物中的分散介质一般为极性溶剂，透明导电墨水在硬化处理之后PET表面难以润湿，即便透明导电墨水涂覆成功，也难以在其表面牢固的附着。雾度的第二个来源为透明导电层，为了得到导电性更好的透明导电薄膜，需要在衬底表面负载更多的金属纳米线，金属纳米线带来的散射光就会增加，这时雾度就变高，透光率变低，这使得高导电性，低雾度成为一组矛盾。

为了解决以上问题与不足，本发明提供了一种对衬底材料进行超亲水性处理，增加透明导电墨水组合物与衬底的润湿性，从而在保持导电性及透光率的同时降低雾度的方法。与在CN 101589473 B专利中所提及的使用plasma处理或UV臭氧处理的方式增加衬底的亲水性方法不同，本方法不仅规避了采用plasma处理或UV臭氧处理的方式处理的薄膜的亲水性持久性差的缺点，而且通过超亲水性处理后，使得水的接触角降低到小于5°，这样在经过处理后的超亲水表面涂布导电墨水组合物，不仅润湿性好，且附着力也会显著增加，另外，超亲水处理还使得透明导电墨水采用环境友好的水作为唯一溶剂成为可能。一般而言，如果采用纯水作为溶剂时，由于纯水的表面张力比较大(25℃，72×10-3N·m-1)，与基材之间铺展性差，为了使得导电墨水组合物具有较低的表面张力，需要加入表面活性剂(如FSO、FSA、Dynol 604等)以改善其润湿性。在透明导电墨水中，为了保证最终产品的导电性，金属纳米线之外的其他组分之和与金属纳米线的质量比必须小于一个比例，这个比例称为渗流阈值。在渗流阈值附近时，电阻会随着金属纳米线之外的组分含量增加而急剧增加。表面活性剂的添加会对其他组分的添加量最大值产生限制。如果在去离子水中加入0.001％FSO时，其表面张力为为29dyn/cm(25℃)，如果加入0.01％活性成份时为24dyn/cm，0.1％活性成份时为23dyn/cm，又由于表面活性剂的分子会吸附在固液界面上，所以表面活性剂对导电性的影响大于其他物质，如增稠剂，固化剂等，如Dynol 604在导电墨水组合物中的浓度达到0.01％时就已经对其电性能具有显著影响。