[发明专利]一种金属纳米线柔性导电薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金属纳米线柔性导电薄膜及其制备方法，将巯基丙酸修饰的金属纳米线和3‑巯基‑3‑甲基‑1‑丁醇修饰的金属纳米线在3‑[双(2‑羟乙基)氨基]丙烷三乙氧基硅烷改性后的高分子薄膜表面进行层层自组装。所述高分子薄膜与金属纳米线之间、金属纳米线与金属纳米线之间均通过‑COO‑连接。本发明制备了一种具有高透光率、高导电率和强粘附性能的柔性导电薄膜，在显示屏、太阳能电池、可穿戴设备等柔性光电器件等领域具有重要的应用潜力和价值。

技术领域

本发明涉及一种金属纳米线柔性导电薄膜及其制备方法，属纳米材料和光电材料领域。

背景技术

随着柔性电子设备的迅速发展，诸如柔性太阳能电池、柔性显示器，对柔性透明导电薄膜的需求日益增加。传统的铟锡氧化物(ITO)透明导电材料不能完全满足柔性设备的要求，此外铟资源面临短缺、价格昂贵等实际问题。因此，需要迫切发展ITO的替代材料。目前，有希望替代ITO的材料包括石墨烯、碳纳米管、金属纳米线、金属纳米网格和一些导电聚合物。其中，金属纳米线特别是银纳米线具有超高的电导率、长径比，优异的柔韧性能，是最有希望替代ITO的材料(陈有鑫.银纳米线基柔性透明导电薄膜的制备及性能研究[D].兰州大学,2016)。

但是，金属纳米线导电网络特别是银纳米线导电网络与基底之间的附着力较差，使用过程中容易从基底上脱落。这大大限制了其在实际生产中的应用。中国发明专利CN201610006647.4使用旋涂法、喷涂法、刮涂法或浸渍-提拉法在基板表面交替沉积分别携带正电荷和负电荷的金属纳米线制备多层金属纳米线薄膜。该制备方法大大提高了金属纳米线薄膜的均匀性和基底的粘附性，同时使得金属纳米线薄膜具有很好的导电性和透光率。中国发明专利CN201710836688.0利用带负电的端羟基超支化聚合物修饰银纳米线与带正电的端氨基超支化聚合物修饰银纳米线、聚多巴胺改性高分子薄膜之间的静电作用作为成膜推动力进行层层自组装，制备得到具有优异的透光性能、导电性能和粘附性能的柔性导电薄膜。但是较大规模制备同时兼具优异的光电性能和良好的粘附性的银纳米线膜仍有待进一步发展，这也关系到最终银纳米线是否能在实际应用中发挥效用(中国材料进展,2016,35(07):545-551+544)。

发明内容

本发明针对上述不足，提供一种金属纳米线柔性导电薄膜及其制备方法。

本发明采用的技术方案：先对高分子薄膜进行羟基化改性，然后依次采用3-巯基-3-甲基-1-丁醇和巯基丙酸对金属纳米线进行羟基化修饰和羧基化修饰，最后使用共价层层自组装法制备得到金属纳米线柔性导电薄膜。

所述高分子薄膜羟基化改性方法为：将高分子薄膜浸渍在60℃、5mol/L氢氧化钠溶液中10-60min，取出洗净后常温下再次浸渍在质量分数1-10％的3-[双(2-羟乙基)氨基]丙烷三乙氧基硅烷溶液中12-24h，使用去离子水反复洗涤、干燥，得到3-[双(2-羟乙基)氨基]丙烷三乙氧基硅烷改性高分子薄膜。其中所述高分子薄膜包括PET薄膜、PC薄膜、PP薄膜、PI薄膜、PTFE薄膜、PMMA薄膜、PEN薄膜中的一种。

所述羟基化修饰金属纳米线的方法为：将金属纳米线配制成1-10g/L的水溶液，然后加入1-10g/L的3-巯基-3-甲基-1-丁醇溶液，所述金属纳米线与3-巯基-3-甲基-1-丁醇的体积比为1:1，常温下匀速搅拌反应12-24h后，用去离子水和乙醇反复洗涤、干燥后得到3-巯基-3-甲基-1-丁醇修饰金属纳米线。所述金属纳米线为银纳米线、铜纳米线、金纳米线中的一种或多种。

所述羧基化修饰金属纳米线的方法为：将金属纳米线配制成1-10g/L的水溶液，然后加入1-10g/L的巯基丙酸溶液，所述金属纳米线与巯基丙酸的体积比为1:1，常温下匀速搅拌反应12-24h后，用去离子水和乙醇反复洗涤、干燥后得到巯基丙酸修饰金属纳米线。所述金属纳米线为银纳米线、铜纳米线、金纳米线中的一种或多种。