一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復合薄膜的制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復合薄膜的制備方法，包括：將聚二甲基硅氧烷PDMS薄膜進行預拉伸，固定以及清洗處理，得到預拉伸的PDMS薄膜，然后置于加熱臺上，并噴涂銀納米線溶液，150～220℃退火20～60min；將預聚合的PDMS溶于溶劑中，得到PDMS旋涂液；然后旋涂在退火處理得到的表面噴有AgNWs的預拉伸PDMS薄膜上，烘干，去除預拉伸，得到銀納米線/聚二甲基硅氧烷復合薄膜。本發明的方法工藝簡單，得到的薄膜同時具有良好的拉伸性能、透明性和導電性，在柔性電子，智能服裝等領域有廣泛的應用前景。
【專利說明】
一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復合薄膜的制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于柔性電子材料的制備領域，特別涉及一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復合薄膜的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著信息技術的發展，對柔性電子器件的需求變得十分迫切。然而，傳統的剛性電子導體限制了柔性電子器件的發展，因為在反復拉伸和彎曲的過程中，導電性是不穩定的。為了解決這個問題，許多類型的柔性導電復合材料，最近已成功地制備和應用于柔性電子器件，如可變形天線，電容器，傳感器，可拉伸的太陽能電池，電子皮膚等。
[0003]材料拉伸過程中，為了使材料在適應較大的機械形變的同時又維持材料的電性能和穩定性，材料本身或結構就需要具有伸縮性。對于這一問題，傳統方法是將剛性導體設計成新的形狀，然后通過封裝在彈性材料上實現可拉伸性能，這就需要優化導體設計和精確的圖案結構。目前的趨勢是將可拉伸納米材料制作在彈性基底上，使整體作為電學和可拉伸材料，例如石墨稀、碳納米管、金屬納米線等最近在這一領域備受關注。碳納米材料已在可拉伸導體領域成為主要研究課題，然而，它們的導電性較差。銀納米線(AgNWs)比碳納米材料或其他金屬納米線的導電性更好，AgNWs的電導率至少比單壁碳納米管(SWNTs)高一個數量級，比石墨烯高三個數量級，而且AgNWs還具有很好的柔性。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是性能優良的彈性材料，它具有很好的拉伸性和持久性，同時具有很好的透明度，制作過程也簡單、便宜。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復合薄膜的制備方法，該方法制備工藝簡單，成本低，使薄膜同時具有良好的拉伸性能、透明性和導電性。
[0005]本發明的一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復合薄膜的制備方法，包括:
[0006](丨)將聚二甲基硅氧烷PDMS薄膜進行預拉伸，固定以及清洗處理，得到預拉伸的TOMS薄膜；
[0007](2)將步驟(I)中預拉伸的PDMS薄膜水平放置在加熱臺上，并噴涂銀納米線溶液，150?220°C低溫退火20?60min;
[0008](3)將預聚合的PDMS溶于溶劑中，得到I3DMS旋涂液;然后將旋涂液旋涂在步驟(2)中退火處理得到的表面噴有AgNWs的預拉伸PDMS薄膜上，然后放入真空烘箱烘干，去除預拉伸，得到銀納米線/聚二甲基硅氧烷復合的可拉伸透明導電薄膜。
[0009]所述步驟(I)中PDMS薄膜的厚度為0.3?1mm。
[0010]所述步驟(I)中預拉伸比例為30%?80%;清洗為紫外臭氧清洗機處理，處理時間為10?40min。
[0011]所述步驟(2)中加熱臺的溫度為40?80°C。
[0012]所述步驟(2)中銀納米線溶液的濃度為0.3?1.2mg/ml，用量為0.6?3.2ml/cm20
[0013]所述步驟(3)中預聚合的TOMS的制備方法:將PDMS前驅體溶液放在溫度為40?900C的烘箱中放20?50min固化，得到預聚合的I3DMS;其中，PDMS前驅體溶液是將購買的美國道康寧DC184硅橡膠中的主劑PDMS與固化劑按質量比10:1混合得到。
[0014]所述步驟(3)中溶劑為二氯甲烷;PDMS旋涂液中預聚合的PDMS與二氯甲烷的質量比為 1:40 ?1:120。
[0015]所述步驟(3)中旋涂的轉速為400?3000rpm，時間為10?60s。
[0016]所述烘干的溫度為80°C。
[0017]本發明將AgNWs噴涂在預拉伸的PDMS基底上，再通過在AgNWs表面旋涂一層很薄的PDMS使AgNWs鑲嵌在PDMS中，得到的AgNWs/PDMS復合薄膜具有良好的可拉伸性和導電性，同時透明度也可達到75%以上。
[0018]有益效果
[0019](I)本發明的制備方法簡單，成本低，適合規模化生產；
[0020](2)本發明得到的AgNWs /I3DMS復合薄膜具有良好的可拉伸性和導電性，同時透明度也可達到75%以上。
【附圖說明】
[0021]圖1為實施例1制備的AgNWs/PDMS復合薄膜的場發射掃描電鏡照片；
[0022]圖2為實施例1制備的AgNWs/PDMS復合薄膜的紫外透過光譜；
[0023]圖3為實施例1制備的AgNWs/PDMS復合薄膜拉伸50%的數碼照片；其中，3A為拉伸前，3B為拉伸后；
[0024]圖4為實施例1制備的AgNWs/PDMS復合薄膜拉伸至50%的電阻隨應變變化圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
[0026]實施例1
[0027]將厚度是0.48mm的PDMS薄膜經乙醇超聲清洗后，預拉伸80%并固定，放入紫外臭氧清洗機處理30min，水平放在溫度為70°C的熱臺上，將已配制好的濃度是0.65mg/ml的銀納米線溶液噴涂在PDMS薄膜上，用量為1.2ml/cm2，然后190°C退火30min，得到表面噴有AgNWs的預拉伸PDMS薄膜。將PDMS前驅體溶液放在溫度為60 °C的烘箱中放30min固化，得到預聚合的PDMS，按質量比1:60的比例將預聚合的PDMS溶于二氯甲烷中，得到PDMS旋涂液，以3000rpm的轉速旋涂30s，將TOMS旋涂液旋涂在上述得到的表面噴有AgNWs的預拉伸PDMS薄膜上，然后放入80°C真空烘箱烘干，最后去除預拉伸，得到AgNWs/PDMS復合的可拉伸透明導電薄膜。圖1是AgNWs/PDMS復合的可拉伸透明導電薄膜的場發射掃描電鏡照片，可以看出AgNWs經退火后已連接在一起，并鑲嵌在PDMS表面。圖2是AgNWsA3DMS復合的可拉伸透明導電薄膜的紫外透射光譜，從圖中可以看出AgNWs/PDMS薄膜的透過率可以達到75 %。圖3是AgNWs/HMS復合的可拉伸透明導電薄膜拉伸50 %的數碼照片。圖4是AgNWs/HMS復合的可拉伸透明導電薄膜拉伸至50%的電阻隨應變變化圖，從圖中可以看出循環拉伸100次以后，拉伸至50%時，電阻已基本穩定。
[0028]實施例2
[0029]將厚度是0.3mm的PDMS薄膜經乙醇超聲清洗后，預拉伸50%并固定，放入紫外臭氧清洗機處理1min，水平放在溫度為40 °C的熱臺上，將已配制好的濃度是0.30mg/ml的銀納米線溶液噴涂在PDMS薄膜上，用量為2.4ml/cm2，然后150 °C退火20min，得到表面噴有AgNWs的預拉伸PDMS薄膜。將PDMS前驅體溶液放在溫度為40 °C的烘箱中放50min固化，得到預聚合的PDMS，按質量比1:80的比例將預聚合的PDMS溶于二氯甲烷中，得到PDMS旋涂液，以400rpm的轉速旋涂10s，將PDMS旋涂液旋涂在上述得到的表面噴有AgNWs的預拉伸TOMS薄膜上，然后放入80 °C真空烘箱烘干，最后去除預拉伸，得到AgNWs/PDMS復合的可拉伸透明導電薄膜。由于PDMS薄膜厚度減小，使其強度比實施例1有所降低，旋涂時轉速降低、時間減少使表面旋涂的PDMS層變厚，降低了 AgNWs/PDMS薄膜的導電性，拉伸100次所測得拉伸50 %時的電阻要比實施例1中的電阻大40Ω左右，穩定性也有所降低。
[0030]實施例3
[0031 ]將厚度是0.48mm的PDMS薄膜經乙醇超聲清洗后，預拉伸80 %并固定，放入紫外臭氧清洗機處理20min，水平放在溫度為80°C的熱臺上，將已配制好的濃度是1.20mg/ml的銀納米線溶液噴涂在PDMS薄膜上，用量為0.6ml/cm2，然后220°C退火30min，得到表面噴有AgNWs的預拉伸PDMS薄膜。將PDMS前驅體溶液放在溫度為60 °C的烘箱中放30min固化，得到預聚合的PDMS，按質量比1: 120的比例將預聚合的TOMS溶于二氯甲烷中，得到I3DMS旋涂液，以100rpm的轉速旋涂60s，將TOMS旋涂液旋涂在上述得到的表面噴有AgNWs的預拉伸TOMS薄膜上，然后放入80°C真空烘箱烘干，最后去除預拉伸，得到AgNWs/PDMS復合的可拉伸透明導電薄膜。PDMS旋涂液中預聚合PDMS與二氯甲烷的比例增加，使旋涂的PDMS層變薄，強度降低，AgNWs易脫落，測量拉伸至60%時的電阻，拉伸100次測得電阻要比實施例1中的電阻大60 Ω左右，穩定性降低。
[0032]實施例4
[0033]將厚度是1.0Omm的PDMS薄膜經乙醇超聲清洗后，預拉伸80 %并固定，放入紫外臭氧清洗機處理40min，水平放在溫度為70°C的熱臺上，將已配制好的濃度是0.65mg/ml的銀納米線溶液噴涂在PDMS薄膜上，用量為3.2ml/cm2，然后190°C退火60min，得到表面噴有AgNWs的預拉伸PDMS薄膜。將PDMS前驅體溶液放在溫度為60 °C的烘箱中放30min固化，得到預聚合的PDMS，按質量比1:60的比例將預聚合的PDMS溶于二氯甲烷中，得到PDMS旋涂液，以3000rpm的轉速旋涂30s，將TOMS旋涂液旋涂在上述得到的表面噴有AgNWs的預拉伸PDMS薄膜上，然后放入80°C真空烘箱烘干，最后去除預拉伸，得到AgNWs/PDMS復合的可拉伸透明導電薄膜。由于PDMS薄膜厚度增加，使其強度相對于實施例1有所提高，并且噴涂時銀納米線溶液用量比實施例1多，AgNWs/PDMS薄膜導電性提高，測量拉伸至70 %時的電阻，拉伸100次測得的電阻要比實施例1中的電阻小50 Ω左右，但是透過率比實施例1低60 %左右，而且穩定性降低。
[0034]實施例5
[0035]將厚度是0.48mm的PDMS薄膜經乙醇超聲清洗后，預拉伸30%并固定，放入紫外臭氧清洗機處理30min，水平放在溫度為60°C的熱臺上，將已配制好的濃度是0.65mg/ml的銀納米線溶液噴涂在PDMS薄膜上，用量為1.2ml/cm2，然后170°C退火40min，得到表面噴有AgNWs的預拉伸PDMS薄膜。將PDMS前驅體溶液放在溫度為90 °C的烘箱中放20min固化，得到預聚合的PDMS，按質量比1:40的比例將預聚合的PDMS溶于二氯甲烷中，得到PDMS旋涂液，以2000rpm的轉速旋涂40s，將TOMS旋涂液旋涂在上述得到的表面噴有AgNWs的預拉伸PDMS薄膜上，然后放入80°C真空烘箱烘干，最后去除預拉伸，得到AgNWs/PDMS復合的可拉伸透明導電薄膜。由于對PDMS薄膜預拉伸程度降低，I3DMS旋涂液中預聚合PDMS與二氯甲烷的比例提高，導致旋涂的I3DMS層厚度增加，AgNWs/PDMS薄膜導電性降低，測量拉伸至50%時的電阻，拉伸100次測得電阻要比實施例1中的電阻大60 Ω左右，穩定性降低。
【主權項】
1.一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復合薄膜的制備方法，包括: (1)將聚二甲基硅氧烷TOMS薄膜進行預拉伸，固定以及清洗處理，得到預拉伸的PDMS薄膜； (2)將步驟(I)中預拉伸的PDMS薄膜置于加熱臺上，并噴涂銀納米線溶液，150?220°C退火20?60min; (3)將預聚合的PDMS溶于溶劑中，得到PDMS旋涂液;然后將旋涂液旋涂在步驟(2)中退火處理得到的表面噴有AgNWs的預拉伸PDMS薄膜上，烘干，去除預拉伸，得到銀納米線/聚二甲基硅氧烷復合薄膜。2.根據權利要求1所述的一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復合薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中PDMS薄膜的厚度為0.3?1mm。3.根據權利要求1所述的一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復合薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中預拉伸比例為30%?80%;清洗為紫外臭氧清洗機處理，處理時間為10?40mino4.根據權利要求1所述的一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復合薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中加熱臺的溫度為40?80°C。5.根據權利要求1所述的一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復合薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟⑵中銀納米線溶液的濃度為0.3?I.2mg/ml，用量為0.6?3.2ml/cm2。6.根據權利要求1所述的一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復合薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中預聚合的PDMS的制備方法:將PDMS前驅體溶液放在溫度為40?90 °C的烘箱中放20?50min固化，得到預聚合的PDMS。7.根據權利要求1所述的一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復合薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中溶劑為二氯甲烷;PDMS旋涂液中預聚合的PDMS與二氯甲烷的質量比為1:40?1:120。8.根據權利要求1所述的一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復合薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中旋涂的轉速為400?3000rpm，時間為10?60s。
【文檔編號】C09D183/04GK106084268SQ201610422579
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月15日 公開號201610422579.X, CN 106084268 A, CN 106084268A, CN 201610422579, CN-A-106084268, CN106084268 A, CN106084268A, CN201610422579, CN201610422579.X
【發明人】王宏志, 范宏偉, 李克睿, 李耀剛, 張青紅, 侯成義
【申請人】東華大學