[发明专利]基于石墨烯具有高附着力的复合结构导电膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯复合材料领域，更具体地，涉及基于石墨烯具有高附着力的复合结构导电膜及其制备方法。

背景技术

在平板显示器和触摸屏的制作过程中需要导电又透明的薄膜。目前使用最多的是氧化铟锡(ITO)薄膜，主要是因为该材料的靶材制备和成膜工艺都比较成熟。ITO薄膜虽然有良好的导电性和透明性，但其造价高、柔性差、环境不友好(铟有剧毒)。所以研发能替代ITO的薄膜极为迫切。

石墨烯纳米片由于其优异的机械，光学，热学和电学性能而引起了极大的关注，它们比碳纳米管或AgNWs便宜，具有丰富的材料来源，大大提高了其实际应用的可行性，现有的柔性曲面设备中用到的衬底材料多为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜，PET大分子链结构规整，结晶度较高，且分子中无强极性基团，故其表面亲和性较差。目前使用PET基材作为柔性衬底的石墨烯透明导电膜在经过多次的弯曲形变时，石墨烯导电层出现一定程度的龟裂甚至从PET表面脱落，导致柔性设备功能失效，良率较低，这限制了石墨烯透明导电膜的进一步应用。目前对PET基材表面处理方法主要有表面涂覆法、表面氧化法、等离子体法、高能辐射等，但这均影响了PET的本体性能或无法达到长期改性效果。

目前石墨烯导电薄膜通常采用氧化还原溶液法，因为不需要真空设备，能够显著降低成本，因此各国对该领域都在加紧研究。然而，氧化还原溶液法所得石墨烯为还原氧化石墨烯，其片层并不连续，为多层石墨烯片相互糅合组成的“碳饼”，此外，采用氧化还原溶液法制成的石墨烯膜存在无法充分降低薄膜电阻的问题，该还原氧化石墨烯膜与普通石墨薄膜电阻及透明度类似甚至低于现有ITO薄膜产品。

发明内容

本发明的要解决的技术问题在于针对现有技术ITO薄膜的缺点，引入石墨烯和纳米银，在提高石墨烯附着力的同时，还提高薄膜导电率和透光率，提供基于石墨烯具有高附着力的复合结构导电膜制备方法。

本发明还提供一种采用上述方法制备得到的基于石墨烯具有高附着力的复合结构导电膜。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

提供基于石墨烯具有高附着力的复合结构导电膜制备方法，包括以下步骤：

S1.制备氧化石墨烯：采用改进Hummers法制备氧化石墨烯；

S2.二次超声分散：将步骤S1制备得到的氧化石墨烯溶于水中进行二次的超声分散处理，然后得到单层氧化石墨烯水溶液；

S3.PET膜处理：首先对PET膜采用物理刻蚀处理，得到表面凹凸不平的PET膜，清洁、干燥以后，再通过电晕方法在PET膜表面镀上亲水性基团，得到处理后的PET膜；

S4.旋涂：对步骤S3中处理后的PET膜逐步旋涂聚甲基丙烯酸缩水甘油酯溶液、氧化石墨烯水溶液、AgNWs水溶液和氧化石墨烯水溶液，整个过程置于惰性气体氛围中，将制得薄膜干燥后，置于肼蒸汽中还原，反应完用去离子水清洗，最终得到基于石墨烯的具有高附着力的复合结构导电膜。

本发明步骤S1中采用改进Hummers法制备得到的氧化石墨烯具备更多官能团，相对较大的表面积，利于后续的复合反应；步骤S2采用二次的超声分散处理得到分散性较好的单层氧化石墨烯水溶液，在涂覆过程中能得到更均匀的膜，避免片层并不连续，为多层石墨烯片相互糅合组成的“碳饼”；步骤S3中通过物理刻蚀处理后，使薄膜表面变得粗糙不平，适当的粗糙度对提高PET表面的粘附力是有效的，配合电晕更进一步地提高附着力；步骤S4中采用旋涂工艺能有效控制膜厚，提高膜的均匀性，采用聚甲基丙烯酸缩水甘油酯溶液作为粘结剂，由于其本身含有氧、氮原子，不但可以和PET产生作用，很好的附着在PET表面，而且分子结构中氧活性基团也可以和石墨烯配位，使得这种结构更加坚固，导电部分创造性地采用石墨烯、纳米银、石墨烯三层结构，由于连接和剪切效应，该石墨烯夹层结构可以更紧密的与纳米银接触，有效的降低了电阻，在纳米银含量低的情况下，石墨烯起到连接纳米银的作用，从而显著地降低了AgNWs使用量，减少了成本。

优选地，步骤S2中第一次超声分散的温度为30~50℃、频率为10000~25000 Hz、流速为1.0~4.0m³/h、循环搅拌速度为1000~2000r/min、超声分散时间为0.5~2.0h；第二次超声分散的温度为30~50℃、频率为18000~25000 Hz、流速为2.0~5.0m³/h、循环搅拌速度为1000~2000r/min、超声分散时间为2~5h。

优选地，步骤S2中所述氧化石墨烯水溶液浓度为0.1～0.5g/L。