[发明专利]柔性CNTs/金属纳米线复合透明导电膜、其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明特别涉及一种柔性碳纳米管(CNTs)/金属纳米线复合透明导电膜及其制备方法与应用，属于材料领域。

背景技术

随着可穿戴设备、柔性产品需求日益旺盛，将柔性触控技术应用于上述领域已成为发展趋势。但因传统ITO导电膜不可弯折，其它产品如金属纳米线、金属网格、碳纳米管及石墨烯等可挠性材料的优势突显。

金属网格技术虽然具备成本和性能优势，但仍存在诸多问题，如存在严重莫瑞干涉波纹、与传统IC难以兼容、金属易氧化断裂等；石墨烯的透光率及电阻性能理论上都占优势，但目前仍存在制备过程工艺复杂、成本较高、技术不成熟的缺点。金属纳米线技术是将导电墨水涂布在基材表面，具有优良的导电性和优异的透光性，且工艺简单、良率高；但金属纳米线导电膜存在雾度较大(>2％)，电阻稳定性差，激光蚀刻良率低，蚀刻纹严重等缺点。碳纳米管导电膜在柔性、真彩色性、化学稳定性和成本等方面具有明显的优势，但因其自身结构所限，其导电性质却不及金属纳米线。单壁碳纳米管依直径与旋度可分为金属性与半导体性，其导电性差异很大；且在碳纳米管网络中随机接触的金属性和半导体碳纳米管之间存在肖特基势垒，直接影响碳纳米管导电膜的电学性质。目前主要通过化学掺杂改善碳纳米管薄膜的导电性，但其稳定性较差且工艺复杂。因此如何有效降低碳纳米管薄膜表面电阻是限制其商业化的瓶颈问题。

鉴于这些新兴产品的缺陷，业界亟待开发一款能够真正替代ITO导电膜的柔性产品。陈等将石墨烯和银纳米线结合制备石墨烯/银纳米线复合导电膜，很大程度上提高了石墨烯的导电性。马等利用石墨烯和银纳米线的协同作用制得了高透光率、低面阻且可弯折的复合导电膜(参阅CN103050169A)。但该方法除改善石墨烯导电性外，并不能解决石墨烯薄膜附着力差和制备工艺复杂等问题，且蚀刻工艺会影响银纳米线电阻，湿法制备的石墨烯导电膜电阻差，影响复合薄膜的光电性能。景等将碳纳米管和金属纳米线等制成混合溶液，经喷涂、浸渍或转印等方式制备了一种低阻值的金属纳米线/碳纳米管导电膜(CN104318981A)，但该法中的分散碳纳米管用的表面活性剂会影响金属纳米线之间、金属纳米线和碳纳米管之间的接触电阻。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种柔性碳纳米管/金属纳米线复合透明导电膜结构及其制备方法。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

在一些实施方案之中提供了一种柔性CNTs/金属纳米线复合透明导电膜，其包括柔性透明衬底和设于所述衬底上的复合导电膜，所述复合导电膜包括碳纳米管层以及与所述碳纳米层电性结合的金属纳米线层。

在一些实施方案之中，所述碳纳米管层分布于所述衬底与金属纳米线层之间。

在一些实施方案之中，所述金属纳米线层分布于所述碳纳米管层与衬底之间。

在一些实施方案之中，所述复合导电膜包括：至少一个碳纳米管层和至少两个金属纳米线层，其中任一碳纳米管层的两侧面均分别与一金属纳米线层电性结合。

在一些实施方案之中，所述复合导电膜包括：至少两个碳纳米管层和至少一金属纳米线层，其中任一金属纳米线层的两侧面均分别与一碳纳米管层电性结合。

在一些较为优选的实施方案之中，所述复合导电膜包括：所述碳纳米管层的厚度为2～1000nm。

在一些较为优选的实施方案之中，所述复合导电膜包括：所述金属纳米线层的厚度为20～2000nm。需要说明的是，此处所述的“厚度”是指所述导电网格中任一个有金属纳米线存在的区域的顶端与底端之间的距离。

在一些较为优选的实施方案之中，所述金属纳米线的直径为20～200nm，长度为2～200μm。

进一步的，所述碳纳米管包括单壁、双壁和多壁碳纳米管中的任一种或两种以上的组合。

进一步的，所述金属纳米线的材料可包括但不限于金、银、铜、铝中的任一种或两种以上的组合。

进一步的，所述透明衬底可包括但不限于PET衬底、PI衬底、PDMS衬底、PMMA衬底和PC衬底中的任一种或两种以上的组合。

本发明还提供了一种制备所述柔性CNTs/金属纳米线复合透明导电膜的方法，其包括：在透明衬底上交替设置金属纳米线层和碳纳米管层形成复合导电膜，从而获得柔性碳纳米管/金属纳米线复合透明导电膜。

在一些实施方案之中，可以先在透明衬底上设置碳纳米管层，之后在碳纳米管层上设置金属纳米线层。进一步的，可以重复进行这些操作，从而在衬底上形成由交替设置的金属纳米线层和碳纳米管层组成的复合导电膜。