一種醇基銀納米線導電墨水及其導電薄膜的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于導電墨水與薄膜領域，具體涉及一種醇基銀納米線導電墨水及其導電薄膜的制備。
【背景技術】
[0002]目前，在消費電子領域如觸摸屏，氧化銦錫(ITO)是最常用的電極導電材料。但銦含量的稀少導致其產量受到限制、價格也較高；同時，其制備所需的復雜儀器以及高溫、其本身具有的脆性均使ITO不適合用來構建柔性基底。但柔性產品如可穿戴設備越來越大的市場導致柔性基底的需求越來越大。所以，開發可實現柔性導電基底的材料就顯得格外重要。在可實現柔性基底的材料中，銀納米線是最近最有可能商業化的材料，因而其研究備受關注。
[0003]要實現銀納米線的利用，首先應將其配制成性能優異的銀導電墨水。在一些專利如CN103008679A中，銀納米線被直接分散在醇類溶劑中而成銀導電墨水。這種墨水由于缺乏各種助劑的幫助使這類墨水的涂覆性能較差。為解決這個問題，人們引入粘結劑、分散劑、表面活性劑、流平劑、保濕劑、增稠劑、固化劑等多種助劑以改善墨水性能，如專利CN104650653A、CN103627255A和CN104464880A。但這些專利大多使用高分子助劑，而高分子高的分解溫度以及較差的溶解性使其很難被除去，導致薄膜的導電性和透光率不佳甚至不可用。為解決這個問題，應尋找簡單處理即可除去的助劑來配制墨水。但可惜的是，目前這方面工作還非常少。在我們正在申請的一個專利中，我們選取非常易除去的助劑物質來解決了這個問題。但因為要求易除去，所以樹脂的選擇非常有限，限制了銀導電網絡與襯底粘結性的調節。要使樹脂的選擇能多種多樣以實現性能的多樣化，需要開發新的墨水以及新的薄膜制備方法。
[0004]綜上，如何同時保持墨水助劑的易除去和銀導電網絡與襯底良好的結合力是實現高性能導電薄膜的前提，也是透明導電墨水和薄膜領域亟需解決的問題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于一種醇基銀納米線導電墨水及其導電薄膜的制備，解決目前醇基墨水由于缺乏各種助劑而涂覆性能不好、涂覆后助劑較難除去以及銀導電網絡與襯底的結合力不好等問題。本發明開發的銀線墨水在各種襯底上均有良好表現，其使用的各種助劑均能通過簡單的熱處理除去，制備的導電薄膜與襯底的結合力好。這些使其導電薄膜性能優異，能在電子信息領域大量應用。本發明的特征在于:
(I)該墨水具體的配方如下:
銀納米線，0.2-1.5% ；
氟碳表面活性劑，0.005-0.05% ；
小分子分散劑，0.1-2% ；
小分子流平劑，1-3% ； 小分子保濕劑，2-5% ;
小分子消泡劑，1-2% ；
有機醇類溶劑，86.45-95.695%。
[0006](2)薄膜的制備過程為:在襯底上涂覆一層粘結劑溶液，干燥后得到粘結層。然后將(I)配制的墨水涂覆在粘結層上，烘干得銀導電網絡。最后涂覆一層保護層，干燥得最終的導電薄膜；
本發明所用銀納米線的直徑為30-50nm，長度在10-20 μπι ;
本發明所用表面活性劑為 ZonylOFSO、ZonyliFSP^ ZonyliFSA^ Zonyl@8867L、Zonyl@8857A、ZonyliFSN^ ZonylOFS、ZonyliFSK^ ZonyliFSD^ ZonyliTBS^ CapstoneiFS 等系列氟碳表面活性劑中的一種或幾種的混合；
本發明所用小分子分散劑為乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇等高沸點液體分散劑；本發明所用小分子流平劑為乙二醇二丁醚、異丙氧基乙醇、丙二醇甲醚、異佛爾酮、二丙酮醇、DBE等高沸點溶劑中的一種或幾種的混合；
本發明所用小分子保濕劑為丙三醇、環己醇、乙二醇等高沸點醇類溶劑；
本發明所用小分子消泡劑為2-己基乙醇；
本發明所用醇類溶劑為甲醇、乙醇和異丙醇中的一種；
本發明墨水的配制步驟為:確定配方組成，計算每種物質所需的量。然后稱量所有組分并加入到一燒瓶中，攪拌30分鐘。接著用20 μ m孔徑的濾膜過濾，得到醇基墨水；
(2)中所用襯底為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚碳酸酯、聚酰亞胺(PI)或玻璃中的一種；
(2)中所用粘結劑為環氧樹脂、丙烯酸酯樹脂、丙烯酸樹脂、聚酯樹脂、聚酰胺樹脂、聚氨酯樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚乙烯醇樹脂、聚酮樹脂、酚醛樹脂、硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑中的一種或幾種的混合。用Gardco Automatic Drawdown Machine DP8301片材式涂覆機或其他涂覆機器涂覆粘結劑溶液后，用紅外烘烤燈烘烤5分鐘，然后在真空烘箱中100°C下真空干燥5分鐘，得到粘結層。所用紅外烘烤燈的功率為800W、干燥面積為100cm2;
將(I)中得到的墨水涂覆在粘結層上，控制銀線濃度和用量，使最終銀線網絡厚度為150nm。用紅外烘烤燈烘烤5分鐘后，在真空烘箱中110°C下真空干燥10分鐘，得到銀導電網絡；
(2)中所用頂涂保護物質為UV膠、一些常用樹脂、PEDOT:PSS、石墨烯、碳納米管、金屬氧化物、光學膠、熱熔膠等物質中的一種或幾種。控制頂涂的濃度與量，使涂覆后頂涂層的厚度小于銀導電網絡的厚度。然后用紅外烘烤燈烘烤頂涂層5分鐘，接著在真空烘箱中110°C下真空干燥10分鐘。如果使用UV膠，則用紫外固化燈固化。這樣得到最終的導電薄膜；
本發明墨水后處理方便的原因是墨水使用的助劑基本為容易加熱處理的有機小分子。在110°C真空下，這些有機小分子均變為蒸氣從銀導電網絡中離開。而僅剩的氟碳表面活性劑的含量非常低，對銀納米線導電網絡的性能影響較小。相對于我們正在申請的一個專利中僅能選擇氯醋二元共聚樹脂作為粘結劑，本專利的粘結劑不加入墨水中，而使單獨在襯底上涂覆一層。這使粘結劑種類選擇大大增加，能保證銀導電網絡與襯底有良好的結合力； 本發明有如下優點:(1)墨水中含有多種不同作用的助劑，可將墨水性能調配至各種襯底涂覆所需的物理參數，因此，本發明的墨水在各種襯底上的涂覆效果很好，薄膜導電均勻；(2)最重要的是，該墨水中除含量極少的氟碳表面活性劑外，其余助劑均能在低溫下除去，因而其形成的薄膜的導電性和透光性等性能均較佳；(3)底涂和頂涂保證銀納米網絡與襯底有良好的結合力，同時減慢環境對銀線的侵蝕，因而該導電薄膜能持久使用；(4)頂涂填充減少了光散射等不利因素，因而該薄膜的霧度較小；(5)墨水與膜的原料便宜，制膜過程簡單，不需復雜儀器，因而薄膜成本低，方便大規模生產使用。<