[发明专利]一种金属纳米线透明导电薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及导电薄膜制备领域，尤其涉及为一种金属纳米线透明导电薄膜及其制备方法。

背景技术

近年来，金属纳米线薄膜因其具有优异的导电性和柔韧性而受到人们的广泛关注，极有潜能替代目前广泛使用的ITO，作为电极材料应用与OLED、触摸屏和太阳能电池当中。

目前常用的金属纳米线薄膜的制备方法为，将分散有金属纳米线的悬浊液通过旋涂、喷涂、刮涂等方式直接制备在基板之上，然后直接烘干。此方法操作简单，但存在诸多问题，比如金属纳米线与基板间的粘结性很差，金属纳米线极易从基板上剥落下来。此外，由于金属纳米线本身的堆叠不够紧密，造成纳米线间接触电阻较大，影响了薄膜整体的导电性。

目前常用的提高粘附性和导电性的方式有：在金属纳米线表面增加一层覆盖物，例如中国专利CN104867618A记载的在金属纳米线表面覆盖一层石墨烯，由于石墨烯本身缺陷和晶界的存在，其导电性不如金属纳米线，其覆盖于金属纳米线表面会使其导电性降低，同时对薄膜整体的透光率有较大的影响；又如，在金属纳米线间添加粘结剂，例如中国专利CN104217788A记载的在基板与金属纳米线间增加一层纤维素层，不仅增加了操作的复杂性，且对薄膜整体厚度、粗糙度、透光率有较大的影响；此外，通过转移法，如中国专利CN103594195A记载的利用透明柔性基底对金属纳米线进行剥离，力图使金属纳米线嵌入柔性基底当中，整个操作较为复杂，且存在剥离不净、金属纳米线大量埋没于基底当中而严重影响薄膜的导电性的问题。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种金属纳米线透明导电薄膜的制备方法，使得结构均匀、粘附性高、层数可控且操作简单。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种结构均匀、粘附性高、层数可控且操作简单的金属纳米线透明导电薄膜的制备方法。

本发明采用简单的静电交互沉积技术，利用电解质与金属纳米线之间的吸附作用(如氢键、共价键、范德华力或静电作用)使金属纳米线表面带上不同电性的电荷，之后在层与层之间通过静电作用交互沉积成膜。由于静电力作用，制备得到的薄膜结构规整、分散均匀、层数可控；且具有较好的导电性能，能够满足未来器件柔性化发展的需要。

为实现上述目的，本发明提供了一种金属纳米线透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备两份相同的金属纳米线的悬浊液A和B，将其中一份A与阳离子电解质混合使其中的金属纳米线表面携带正电荷，另一份B与阴离子电解质充分混合，使其中的金属纳米线表面携带负电荷；

(2)取溶液A或B，在硬质或柔性基板上预先经旋涂法、喷涂法、刮涂法或浸渍-提拉法制备一层带正电荷或带负电荷的金属纳米线薄膜，之后充分漂洗烘干；

(3)取溶液B或A，在步骤2中所制备的A或B薄膜上表面采用旋涂法、喷涂法、刮涂法或浸渍-提拉法制备带有相反电性的金属纳米线薄膜，之后漂洗烘干；

(4)重复步骤2和步骤3，可制备得到多层金属纳米线导电薄膜。

其中，重复步骤2和步骤3的次数为1-20次，所制得的金属纳米线的悬浊液浓度为0.01mg/ml-10mg/ml；烘干的温度为50-200℃，烘干时间为1-100min。

本发明中，金属纳米线包括银纳米线、铜纳米线和金纳米线，金属纳米线的悬浊液为上述金属纳米线分散在去离子水、乙醇、乙二醇、丙酮中的一种或多种溶剂之中。

本发明中，阳离子电解质包括季磷盐型、季胺盐型、叔硫盐型聚电解质，聚氧烯化的伯、仲、叔脂肪胺盐，带有胺根、季胺根、咪唑及三嗪的杂环类阳离子表面活性剂。

其中，阳离子电解质具体可以为十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、聚二烯丙基二甲基氯化铵、乙二胺、二乙烯二胺、三乙烯二胺、2-烷基咪唑啉、阳离子聚丙烯酰胺、乙醇胺、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、八烷基三甲基氯化铵。

本发明中，阴离子电解质包含聚丙烯酸、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯磺酸、聚甲基丙烯酸、聚乙烯磷酸，以及羧酸盐、硫酸酯盐、磺酸盐及磷酸酯盐阴离子表面活性剂中的一种或多种，其表面活性剂的烃基基团含有6-300个碳原子。

其中，阴离子电解质具体可以为卤酸盐、乙酸盐、柠檬酸盐、乳酸盐、乙醇酸盐、磷酸盐、硝酸盐、硫酸盐、烷基硫酸盐、烷基苯磺酸根、烷基磷酸酯、氨基酸盐及其组合。