[发明专利]场敏感型非线性导电薄膜制备方法、所制得的薄膜及应用

说明书

本发明公开了一种场敏感型非线性导电薄膜制备方法、所制得的薄膜及应用，涉及导电薄膜材料领域。包括如下步骤：取聚乙烯醇和去离子水，常温搅拌，加热至85‑95℃，继续搅拌至聚乙烯醇完全溶解得溶液E；取银纳米线加入到溶液E，温度60‑70℃，搅拌10‑15小时得到复合材料流体，进行流延成膜，待溶剂挥发后即得到场敏感型非线性导电薄膜；其中，聚乙烯醇聚合度为1700，醇解度为99%；银纳米线长度为10‑14μm，直径为80‑120nm，长径比L/r为80‑350；场敏感型非线性导电薄膜中AgNWs填充体积分数为1.05‑2.44%。本方法工艺简单，成本低，反应时间短，易于大量制备；制得的薄膜分布均匀，分散性较好，无团聚，具有十分显著的非线性导电特性，可应用于过电压防护、雷电浪涌和静电放电的自适应防护领域。

技术领域

本发明涉及导电薄膜材料领域，尤其是一种场敏感型非线性导电薄膜制备方法、所制得的薄膜及应用。

背景技术

随着科技的发展，先进电子设备的应用日益广泛：电子医疗诊断系统、通信系统、工业自动化集成控制系统、计算机网络等等。这些功能越来越强大的敏感电子设备的工作电压却在不断降低，因而瞬态过压、雷电浪涌以及静电放电形成的瞬态过压对它们造成损害的可能性大大增加。具有高非线性导电特性的低压导电开关材料能够用于瞬时过电压防护，这种材料在允许的工作电压环境下呈现为绝缘特性，而当工作电压超过材料的阈值电压时，材料自动发生绝缘-金属/类金属转变为低阻特性，由此泄放掉高电压，对电路或系统起到保护作用。上述材料的非线性导电特性的本质在于材料对于外部电场强度的敏感特性，即材料的导电特性随电场的变化不是线性变化，而呈现非线性特性，是一种场敏感型导电材料体系。

1962年，Hickmott在金属-氧化物-金属薄膜“三明治”结构的研究中发现了电致负阻抗效应，即电压引起材料高电阻态到低电阻态的转变。随后，许多学者在Hickmott研究的基础上，将目光从单一的“三明治”结构转移到具有相似结构且物化性能更加优异的聚合物基导电粒子填充型复合材料上，并且在研究中相继发现了复合材料的非线性导电特性和导电开关特性。北京科技大学的高敏等研究了掺金属钴纳米粒子的聚吡咯复合材料薄膜的导电行为，材料在电激励下，流过材料的电流可瞬间提高两个数量级。聚合物基导电粒子填充型复合材料具有质轻、耐疲劳、耐腐蚀、易大量制备、可设计性强等优势，并且存在显著的非线性导电特性，具有优异的导电开关特性。随着纳米科技的发展，纳米复合材料成为了研究的重点和热点，纳米材料具有诸多宏观材料所不具备的特点，如表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应、单电子隧穿效应和宏观量子隧道效应等，这些优异特性能够使复合材料具有独特而超常的热学、电学、磁学、光学性质。银纳米线(AgNWs)作为一维纳米材料(在空间中有两维方向上处于纳米尺度，而第三维为宏观尺寸)，既具有块体银所拥有的优异电导率、热导率和稳定的化学性质，又有着纳米材料所具有的新型特性以及高比表面积、高透光性和高耐曲饶性，理化性能独特，在聚合物功能材料、透明导电薄膜、光电子发射和微纳米电子器件等方面有着极为广泛的应用，是最有应用前景的材料之一。利用AgNWs及其复合体系开发得到在高电压、强电场下具有非线性导电特性的材料体系，在微电子系统防护领域具有关阔的应用前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种场敏感型非线性导电薄膜制备方法、所制得的薄膜及应用，制备方法工艺简单，操作简便，成本低廉，反应时间较短，易于大量制备；所制得的薄膜分布均匀，分散性较好，无团聚，具有十分显著的非线性导电特性，可应用于过电压防护、雷电浪涌和静电放电的自适应防护领域。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种场敏感型非线性导电薄膜制备方法，包括如下步骤：

取聚乙烯醇PVA和去离子水，常温下搅拌后，加热至85-95℃，继续搅拌至聚乙烯醇PVA完全溶解得到溶液E；

取银纳米线AgNWs加入到溶液E，保持温度为60-70℃，并持续搅拌10-15小时后得到复合材料流体，将该复合材料流体进行流延成膜，待溶剂挥发后即得到场敏感型非线性导电薄膜；