[发明专利]一种高分散的铜纳米线导电墨水、导电薄膜及其制备方法

说明书

一种高分散的铜纳米线导电墨水是由铜纳米线、电荷调节剂、表面活性剂和去离子水为原材料制得。本发明制膜后处理温度低，50~100℃均可处理；铜纳米线薄膜加热除去分散剂时不需要氮气、氢气等保护气体，制备装置简单，生产过程更加安全，生产成本更低，本发明铜纳米线分散溶剂为水，制备过程不会聚集，分散均匀使得透明导电薄膜具有很高的均匀度，整张薄膜方阻分布不均匀程度小于5%，本发明所制得的铜纳米线导电薄膜导电性好，方阻在10~100Ω/sq之间，透过率在85~95%，同时对环境极为友好，适合市场推广应用。

技术领域

本发明属于导电薄膜领域，具体涉及一种高分散的铜纳米线导电墨水及高均匀透明导电薄膜。

背景技术

目前，在消费电子领域，氧化铟锡（indium tin oxide，ITO）是最常用的透明电极材料。但由于ITO存在成本高、机械性能差、无法实现柔性电极制备、铟材料稀缺以及难以大面积制备的缺点，因此人们一直在寻求可以替代ITO的材料，如金属纳米线、金属网格、石墨烯、碳纳米管、导电高分子等。在这些替代材料中，铜纳米线以其优越的光电性能、柔性、低成本等优点而得到了科学界和产业界的广泛关注。目前，文献报道的铜纳米线透明导电薄膜的方阻和透过率已经满足实用化需求。

然而，目前还有一些问题阻碍着铜纳米线透明导电薄膜的应用，例如铜纳米线的氧化和分散问题。对于氧化问题，目前有大量研究者进行相关研究，现在铜纳米线的抗氧化能力已经得到极大提高。相对于氧化问题，铜纳米线的分散问题则很少有人研究。目前，铜纳米线仍然面临着分散性极差的问题。这带来如下不利后果：第一，低分散使得铜纳米线易于聚集沉降，难以稳定存储；第二，低分散导致铜纳米线不能在墨水中均匀分散，而不均匀分散则大大降低了最终薄膜的均匀性；第三，低分散导致当前铜纳米线透明导电薄膜只能通过非工业方法如真空抽滤、旋涂、滴涂来制备，而大面积工业制膜方法如卷对卷印刷、辊涂则难以应用于现有的铜纳米线墨水。

为解决铜纳米线的分散问题，研究者们也开展了一些研究。目前，研究者分散铜纳米线的思路是类似的：利用高分子分散剂如聚乙烯吡咯烷酮（PVP）或硝化纤维，使其吸附在铜纳米线表面，依靠空间位阻效应来阻止铜纳米线相互靠近。单纯以分散效果来看，这种方法较好。但是，这种方法具有一个致命的缺点，使其不适合实际应用。我们知道，利用铜纳米线墨水铺膜后，高分子助剂必须除去。高分子助剂不易去除干净、有所残留，会极大降低薄膜的导电性和透过率，使薄膜性能降低、甚至不能作为透明电极使用。而高分子极高的分解温度（通常高于200℃）使其很难在常规柔性基底如PET的保护温度下（小于150℃）除去。因此，此方法不利于铜纳米线透明导电薄膜在柔性领域的应用。同时，即使是对玻璃基底，如此高的后处理温度也不利于工业生产应用。

综上所述，就目前看来，铜纳米线依然存在低分散，容易聚集沉淀、后处理温度高、分布不均匀、墨水生产过程污染大、无法实现工业化加工的技术问题亟需解决。

发明内容

本发明的第一个的目的在于提供一种高分散的铜纳米线导电墨水。

本发明的第二个的目的在于提供一种高分散的铜纳米线导电墨水的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种均匀透明性优异的铜纳米线导电薄膜。

本发明的第四个目的在于提供一种均匀透明性优异的铜纳米线导电薄膜的制备方法。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种高分散的铜纳米线导电墨水，其特征在于，它是由铜纳米线、电荷调节剂、表面活性剂和去离子水为原材料制得。

发明人在研究过程中发现铜纳米线表面带有稍弱的负电荷，为铜纳米线的分散提供了分散动力，水中正、负电荷形成的电场挤压铜纳米线、形成了分散阻力，它们存在着一定的静电作用规律。进一步，上述电荷调节剂为2-巯基乙醇、3-巯基-1-丙磺酸钠中的一种或者两种的混合。