[发明专利]一种金属纳米线/碳纳米管复合透明导电膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及透明导电膜制备技术领域，尤其涉及一种金属纳米线/碳纳米管复合柔性透明导电膜及其制备方法。

背景技术

透明导电膜是具有较高可见光透射率和一定导电能力的功能薄膜，已在信息、新能源、交通及国防等领域得到广泛应用，如显示器、触摸屏、太阳能电池、电致发光器件、汽车导热玻璃窗、战机和巡航导弹窗口，及电磁屏蔽等。柔性透明导电膜材料是当前先进功能材料领域的研究热点之一。

至今，使用历史最长、综合性能最好的透明导电膜是铟锡氧化物(ITO)膜，能够在可见光透射率为80％情况下达到方阻值小于10Ω/□。但是，ITO面临如下三个问题。第一，全球铟资源将很快消耗殆尽，其价格因而成倍上涨；第二，ITO属陶瓷，具有脆性，无法满足下一代柔性显示技术和卷对卷薄膜太阳能电池的发展要求；第三，ITO膜的真空镀需较高设备投资，尤其当沉积在高分子聚合物基板上时，基片温度通常需要低于200℃，其质量难以保障。

为解决ITO面临的以上问题，在工业界和政府的支持下，研究者们开发出了多种新型的透明导电膜材料，如铝掺杂氧化锌(AZO)、多组元透明导电氧化物(TCO)、导电聚合物、金属复合多层膜、碳纳米管(CNTs)及石墨烯导电膜等。然而，AZO和TCO均存在陶瓷脆性和在酸性环境下稳定性不好的问题；导电聚合物的导电率低，耐热、耐腐蚀性差，机械强度和耐磨损性不高；金属复合多层膜存在可见光透射率低、与高分子基板连接强度不高的问题；纳米碳透明导电膜由于CNTs或石墨烯片之间的接触电阻较大，难以同时实现高的可见光透射率和低的方块电阻，通常在可见光透射率为80％时的方块电阻在100～1000Ω/□，尤其对于薄膜太阳能电池应用而言，其方块电阻值仍然太高。

最近，美国密西根大学的Kang等[Transparent Cu Nanowire Mesh Electrode on Flexible Substrates Fabricated by Transfer Printing and Its Application in organic solar cells,Solar Energy Materials&Solar Cells2010,94,1179–1184.]，斯坦福大学的Cui等(Scalable Coating and Properties of Transparent,Flexible,Silver Nanowire Electrodes,ACS Nano2010,5,2955–2963)和Wu等[Electrospun Metal Nanofiber Webs as High-Performance Transparent Electrode,Nano Lett.2010,10,4242–4248]，杜克大学的Rathmell和Wiley(The Synthesis and Coating of Long,Thin Copper Nanowires to Make Flexible,Transparent Conducting Films on Plastic Substrates,Adv.Mater.2011,23,4798–4803)研究报道了金属纳米线(MNWs)柔性透明导电膜材料，中国专利[201310302393.7,201210190604.8,200910112925.4,201210323822.4]等也报道了铜纳米线透明导电膜和银纳米线透明导电膜及其制备方法，由于金属纳米线大的长径比，在较低的用量下可形成有效导电网络，电阻减小，且其可见光透射率可得到明显的改善。

但研究发现，聚合物基金属纳米线柔性透明导电膜的特性在很大程度上取决于金属纳米线导电网络的特性，通常其含量增加有利于降低方块电阻，但会引起可见光透射率的下降，因为光线透射率与方块电阻值存在此消彼长的关系。而高的电阻会产生大量的焦耳热，将导致显示器特性恶化和太阳能电池能量转换效率迅速下降。如何同时实现高的可见光透射率和低的方块电阻，是目前柔性透明导电膜开发的关键。同时，导电网络中的空隙过大、导电材料结合不紧密等也是导电膜实际应用中需要解决的问题。

发明内容

针对目前所制备的柔性透明导电膜存在光线透射率与方块电阻值此消彼长、导电网络中空隙过大、导电材料结合不紧密等不足，本发明提供了一种金属纳米线/碳纳米管复合柔性透明导电膜及其制备方法，从而获得兼具可见光透射率高和方块电阻低特性的柔性透明导电膜。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的。