[发明专利]水溶性银纳米线墨水及其制备方法和使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及银纳米线墨水及其制备方法和使用方法，特指水溶性银纳米线墨水的制备及应用其制备透明导电薄膜的使用方法。

背景技术

透明导电薄膜是指涂覆在具有高透光性的表面或基底上的导电性薄膜。其同时具有良好的光学透明度和表面传导性，被广泛地应用在液晶显示器、触摸屏、LED以及薄膜太阳能电池等产品中。

目前，真空蒸镀化学沉积工艺制备的铟锡氧化物（ITO）薄膜因具有优异的光学透明性和导电性而成为应用最广泛的材料。然而，ITO膜质脆，在受到弯曲时容易损坏，这严重限制了其在柔性基底上的应用。此外，铟资源的匮乏、较高的沉积温度和昂贵的真空蒸镀工艺等都促使人们寻找适于柔性基底并可低成本、高产量化生产的ITO替代品。

导电高分子、碳纳米管（CNT）、石墨烯、金属纳米线等都是有望用于代替ITO的材料。与ITO膜相比，导电高分子具有较高的表面电阻和较强的光学吸收，单纯使用导电高分子无法达到实际应用的要求。申请号为201010267254.1的中国专利公开了一种通过导电高分子和金属粒子的组合使用，获得具有较高透明度和导电性的导电膜的技术。虽然该技术获得的导电膜（透光率90.1%，方块电阻240 Ω/□）性能上优于纯粹的导电高分子膜（透光率90.5%，方块电阻454 Ω/□），但是与高端的ITO膜（透光率≥90%，方块电阻≤100 Ω/□）相比，还是存在着较大的差距。单壁碳纳米管直径可达1 nm，单根管具有与金属相当的电导率，因此具有优异的透光性和导电性，但是CNT之间较大的接触电阻使得CNT网络通常具有较低的电导率（透光率80-90%，方块电阻200-1000 Ω/□），而且CNT的制备和纯化成本高，限制了CNT薄膜的大规模应用。石墨烯是由单层石墨片构成的二维碳纳米结构材料，具有高迁移率（20000-50000 cm²/Vs）、高热导率（3500-5300 W/mK）和优良的机械性能。石墨烯薄膜的制备方法主要有机械剥离、外延生长、化学气相沉积和氧化成膜后还原等方法，其中氧化成膜后还原法最受关注，但氧化石墨烯薄膜导电性差，而目前用于提高导电性的还原方法或需高温、或安全隐患大，生产成本较高。

金属纳米线包括银纳米线、金纳米线、铜纳米线和镍纳米线等，其中银纳米线因金属银卓越的化学性质稳定性和优异的导电性（20℃时电阻率为1.59×10^-8 Ω·m）而得到了广泛的关注和研究。申请号为200510060864.3、200710046510.2、200810019828.6、201010281639.3、201010281704.2和201010559335.9的中国专利分别从不同角度介绍了银纳米线的制备方法，为银纳米线的工业化生产打下了坚实的基础。

申请号为200910112925.4和200910112924.X的中国专利公布了一种基于银纳米线的透明导电薄膜的制备方法。该两篇专利通过在基底和纳米线导电层之间增加粘附层来提高纳米线在基底上的粘附力，基本解决了银纳米线容易脱落的难题，但是该两篇专利需通过转印的方法将预先制备的纳米线网络转移到粘附层上，增加了工作的难度和复杂性。申请号为200910112923.5的中国专利公布了一种基于有机聚合物和银纳米线的柔性透明导电薄膜的制备方法。该专利通过先在光滑基片上形成银纳米线导电网络，再在该银纳米线导电层上覆盖透明有机聚合物膜，最后将粘附有银纳米线导电层的聚合物膜与光滑基片分离的方法来获得有机聚合物基的透明导电薄膜，但是该方法需保证有机聚合物和光滑基底能实现容易的分离，对有机聚合物和光滑基底的选择性要求高。申请号为200680038150.5、200780045661.4和200880012842.1的中国专利为美国Cambrios公司申请的基于金属纳米线的透明导体及其制备方法的发明专利。该系列专利通过多步法涂覆粘附层、第一传导层（包括纳米线层和基质层）、第二传导层（其他导电层）和性能增强层（防眩光层、阻挡层、硬质涂层等）中的若干层或全部层来制备透明导体，实现透明导体的透光性、导电性和其他特殊性能。目前未见通过银纳米线墨水一步法制备具有良好粘附力、良好透光性和良好导电性的透明导电薄膜的报道。

所以，开发出一种银纳米线墨水及应用其一步法制备透明导电薄膜的方法具有很好的实际应用价值。

参考资料

1.      中国乐凯胶片集团有限公司. 一种透明导电膜[P]: 中国, 201010267254.1, 2011-02-16.