[发明专利]一种透明金属导电膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种透明导电膜及其制备方法。

背景技术

近年来，印刷电子产业的高速发展带动了喷墨导电墨水以及印刷电子相关工业的形成与发展。微电子集成电路技术的精密化发展对印刷电子材料的生产工艺提出了向高密度、精细化、多层次、更高的可靠性以及低成本的方向发展的要求。采用导电墨水喷墨印刷制备的薄膜印刷技术在国际上，特别是在美国、日本、韩国、德国等发达国家的带动下，得到广泛关注，可应用于喷墨打印的金属微粒导电墨水在国际上掀起了研发热潮。无线射频识别标签技术(RFID)、柔性印刷电路板技术(FPCB)的快速发展，强化了喷墨导电墨水的需求；喷墨导电墨水还可应用于电磁波屏蔽材料的印刷、OLED显示电极、制作太阳能光伏电池等领域。

导电墨水根据主要成分的不同可以分为金属导电墨水、碳系导电墨水和高分子导电墨水。在导电性能上，金属导电墨水有着明显的优势。金属导电墨水可以分为无颗粒型导电墨水和颗粒型导电墨水。无颗粒型导电墨水主要由金属化合物前驱体和溶剂组成。由于无颗粒型导电墨水金属含量较低且化学稳定性较差，因此具有一定的局限性。

颗粒型导电墨水主要是由纳米金属颗粒、溶剂和其他助剂组成。研究表明，金属颗粒熔点随着尺寸降至纳米尺度而明显降低，这就使得喷墨导电墨水在柔性基材上的低温烧结成为可能。纳米金属导电墨水可以通过计算机控制直接打印到基材上，为制造大面积、轻薄化、柔性化的电子器件提供了一个高效、绿色环保的技术解决方案。

透明导电膜主要用于电子产品中的触控屏、军工产品中的防电磁膜等，目前市场上主要采用在玻璃上蒸镀ITO膜来制备透明导电膜，成本高且脆性大，不耐弯曲。金属导电膜具有低成本，可弯曲等优点，有望取代ITO膜成为下一代透明导电产品。如果要达到透明且不影响视觉观感的效果，需要导电线路的线宽小于5微米，目前采用半导体掩膜工艺沉积金属网栅可以达到这个目的，但是制造设备昂贵，成本较高。

公开号为CN1668712A的专利文献公开了一种自组织法来制备线宽较细的金属导电网络，将金属颗粒用分散剂分散到有机溶剂中，和水溶液组成乳液然后涂覆在衬底上，利用水和有机溶剂挥发速率不同使得金属颗粒团聚成网络线，然后再烧结固化成膜。该发明采用的金属颗粒因为表面为水溶性，需加分散剂才能分散在有机溶剂中，且无法保证金属颗粒不进入水相，导致金属线宽无法控制。其通过成乳助剂形成大颗粒乳液，乳滴尺寸在几十微米以上，为动力学不稳定状态，乳滴大小随时间变化且在短时间内就会破乳分层，因为需要随用随配，难以大规模稳定制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可大量生产的透明导电膜的制备方法，具有原料易得、成本低、操作简单、条件温和、效率高，适合批量生产等优点；本发明还包括采用上述制备方法制得的透明导电膜。

为实现前述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种透明金属导电膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)：纳米金属颗粒的水溶液和非极性溶剂混合，再投加油性表面改性剂进行改性处理；改性处理后分液并向有机相中投加助剂制得纳米金属导电墨水；

步骤(2)：向所述纳米金属导电墨水中加入水和乳液辅助剂，制得油包水型纳米金属乳液；

步骤(3)：将所述油包水型纳米金属乳液印刷在衬底材料上，蒸发溶剂，形成自组装透明金属膜；

步骤(4)：步骤(3)制得的自组装透明金属膜经烧结后得到所述透明金属导电膜。

本发明采用纳米尺寸的金属颗粒，经改性后形成稳定分散的纳米金属导电墨水，改性后的纳米金属颗粒表面疏水，不会进入水相，在无分散剂的情况下即可长时间分散在有机溶剂中。所述纳米金属导电墨水在乳液辅助剂作用下可形成动力学稳定的油包水型纳米金属乳液，其可长时间稳定存在而不破乳。此外，本发明印刷形成的金属网络线宽可达纳米级别，有助于制备高透明的金属导电膜，还有助于降低烧结温度，拓宽衬底材料的选取范围。本发明方法制备简便、成本低廉、可大规模生产，具有重要应用价值。

步骤(1)中，先将金属纳米颗粒分散在水溶液中，加入非极性溶剂混合，溶液自然分成两层，上层为非极性溶剂相，下层为含有金属纳米颗粒的水相，在剧烈搅拌下加入油性表面改性剂，上层变为分散有金属纳米颗粒的有机相，下层为水相。将分液收集的含金属纳米颗粒的有机相用微孔滤膜过滤，旋转蒸发浓缩，添加助剂即得纳米金属导电墨水。在蒸发浓缩过程中，可以向体系投加有机溶剂如二甲苯、松节油等，用来调节体系的挥发速度，调整纳米金属导电墨水中的固含量，以满足不同透明金属导电膜的制备需求。