一種製作銀納米線柔性透明導電薄膜的方法與流程
2023-11-11 14:44:37 2
本發明涉及納米材料和柔性電子技術領域，特別涉及一種製作銀納米線柔性透明導電薄膜的方法。
背景技術：
柔性透明導電薄膜在新一代的光電、柔性顯示設備、太陽能電池中起著重要作用。現在市場上仍以氧化銦錫ITO噴塗於柔性基底為主流方法，由於ITO具有脆性，稀有金屬銦資源有限，製作工藝複雜成本高，極大地限制了ITO在柔性設備中的應用發展。為了解決這些缺陷，碳納米管、石墨烯、金屬納米線、金屬網格、導電聚合物被廣泛研究用於新一代柔性設備。其中銀納米線由於具有良好的導電性、透明度和柔性而在應用上有廣泛前景。電導性和透明度是柔性透明導電薄膜的兩大重要指標，有研究顯示規則排布的銀納米線可以很好的實現電導性和透光性的平衡，因此規則排布銀納米線極具應用意義。目前銀納米線薄膜通常是由旋塗、噴塗、毛細管力、流體力來實現，這些方法雖然工藝簡單，但其中旋塗和噴塗後的納米線呈分布隨機，毛細管力和流體力可以實現一定程度上的規則化排布但排布的可重複性差。因此，銀納米線的規則化排布仍是一項具有挑戰性的工作。
技術實現要素：
技術問題：為更好地解決上述技術問題，本發明提出了一種製作銀納米線柔性透明導電薄膜的方法，能夠很好的實現對納米線的規則化組裝，提高組裝質量和效率，從而加快銀納米線透明導電薄膜在柔性電子設備中的開發應用。
技術方案：為了實現上述目的，本發明的一種製作銀納米線柔性透明導電薄膜的方法採用如下技術方案：
a)清洗組裝基底；
b)配製銀納米線懸浮液：將銀納米線加入溶劑中，超聲震蕩分散均勻；
c)組裝銀納米線：將組裝基底貼合在電極基底上，貼合後將組裝基底和電極基底共同傾斜一定角度，使得傾斜後斜坡方向與電極基底上電極產生的電場方向平行，然後固定；給電極基底上的電極施加電信號，將配製好的銀納米線懸浮液滴到組裝基底上，直到懸浮液揮發完畢關閉電極基底施加的電信號；然後保持電極基底固定並且組裝基底和電極基底平行，旋轉組裝基底一定角度；用同樣的方法再次組裝銀納米線，形成交叉組裝的銀納米線網狀結構；
d)後處理：將組裝基底放在烘箱中加熱退火或用平整表面對組裝基底進行加壓「壓平」。
其中：
所述電極基底採用氧化銦錫電極或金屬微電極。
所述組裝基底的厚度小於800微米，選用聚對苯二甲酸乙二醇酯PET，或聚乙烯，或聚乙烯醇，或聚丙烯，或聚苯乙烯，或尼龍，或聚氨酯，或聚氯乙烯。
所述步驟b)中銀納米線的直徑為10～300納米，長度為20～500微米。
所述步驟b)中配製銀納米線懸浮液時溶劑為去離子水、乙醇或兩者的混合液。
所述步驟b)中配製好的銀納米線懸浮液濃度為0.1～50μg/mL。
所述步驟c)中將組裝基底貼合在電極基底上，採用靜電吸附方式或在兩者之間滴入微量礦物質油保證兩者貼合性。
所述步驟c)中貼合後將組裝基底和電極基底共同傾斜一定角度，傾斜角度範圍為0～90°。
所述步驟c)中旋轉組裝基底一定角度，旋轉角度範圍為0～180°。
所述步驟c)中給電極基底上的電極施加電信號為高頻交流正弦電信號。
所述步驟d)中後處理，其加熱溫度為100℃～200℃，加熱時間為0.5小時～1小時。
所述步驟d)中後處理，加壓「壓平」的壓力為10MPa～50MPa。
有益效果：本發明與現有技術相比，具有如下優點：
傳統的介電泳組裝中，納米線都是直接組裝在電極基底上，納米線與電極基底的直接接觸導致組裝圖案的單一性，不可實現多次組裝，電極基底在組裝之後必須經過徹底清洗才能進行下一次組裝，而且電極基底的剛性特性限制了納米線組裝在柔性電子中的應用。本發明中組裝基底和電極基底是獨立的，組裝基底和電極基底之間相對位置和相對角度可調，從而可實現納米線的重複操作和多樣性操作。流體力和毛細管力組裝銀納米線時，由於納米線固定的位置不確定導致可重複性差，質量不可控。本發明中將流體力、毛細管力和介電泳力相結合，共同作用組裝納米線，大大提高了納米線的組裝質量和效率。納米線的多樣性高效組裝再結合選用銀納米線和柔性的組裝基底薄膜可實現介電泳組裝方法在柔性電子設備中的應用，可製作銀納米線柔性透明導電薄膜，廣泛應用於新一代的柔性顯示器、穿戴設備和光電池等具有極大應用市場潛力的產品中。
附圖說明
圖1為本發明實施例中電極基底上的電極結構示意圖；
圖2為本發明製作銀納米線柔性透明導電薄膜的方法示意圖；
圖3為本發明實施例中多次組裝的效果示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的說明。
實施例1
本實施例提供的製作銀納米線柔性透明導電薄膜的方法，選用25微米厚的聚對苯二甲酸乙二醇酯PET作為組裝基底，先用酒精溶液進行清洗，再用去離子水衝洗2min,然後用氮氣吹乾組裝基底。
本實施例中，採用光刻技術和溼法刻蝕將氧化銦錫ITO玻璃加工成電極基底，其電極結構如圖1所示：1表示電極基底，2表示電極。電極2上的微電極5寬度為30微米，間距為100微米。在電極基底上滴2μL礦物質油，再將清洗過的PET薄膜放在電極基底上，礦物質油的表面張力使電極基底和PET薄膜緊緊貼合。電極基底和PET薄膜貼合後，將兩者傾斜5°，斜坡方向與微電極5垂直，然後固定。
本實施例中，選用的銀納米線平均長度為100微米，平均直徑為60納米；配製1～20μg/mL的銀納米線乙醇溶液，超聲震蕩20分鐘，得到銀納米線懸浮液；通過信號發生器和信號放大器在電極基底中的電極上施加70V、1MHz的正弦交流電信號，取10μL配製好的銀納米線懸浮液滴到PET薄膜上，保持施加電信號直至銀納米線懸浮液乾燥；然後90°旋轉PET薄膜，再貼合在電極基底上進行第二次組裝，組裝過程與第一次組裝相同，如圖2所示。
本實施例中，在交叉組裝完銀納米線網狀結構後，用酒精擦掉PET薄膜下面沾有的少量礦物質油，再將組裝有銀納米線網狀結構的PET薄膜放入烘箱中保持150℃加熱30分鐘進行後處理，以減小銀納米線之間的接觸電阻。
本實施例中，在PET薄膜後處理完後，將PET薄膜保存在真空乾燥器中。
實施例2
本實施例提供的製作銀納米線柔性透明導電薄膜的方法，選用50微米厚的聚對苯二甲酸乙二醇酯PET作為組裝基底，先用酒精溶液進行清洗，再用去離子水衝洗2min,然後用氮氣吹乾組裝基底。
本實施例中，採用光刻技術和溼法刻蝕將氧化銦錫ITO玻璃加工成電極基底，其電極結構如圖1所示：1表示電極基底，2表示電極。電極2上的微電極5寬度為30微米，間距為100微米。用無塵布擦拭PET薄膜，採用靜電吸附方式使清洗過的PET薄膜與電極基底緊緊貼合。電極基底和組裝基底貼合後，將兩者傾斜10°，斜坡方向與微電極5垂直，然後固定。
本實施例中，選用的銀納米線平均長度為100微米，平均直徑為60納米；溶劑選用乙醇與去離子水的混合溶液，兩者體積比為4:1；配製1～20μg/mL的銀納米線懸浮液，超聲震蕩20分鐘，得到銀納米線懸浮液；通過信號發生器和信號放大器在電極基底中的電極上施加70V、1MHz的正弦交流電信號，取5μL配製好的銀納米線懸浮液滴到PET薄膜上，保持施加電信號直至銀納米線懸浮液乾燥；然後45°旋轉PET薄膜，再貼合在電極基底上進行第二次組裝，組裝過程與第一次組裝相同。用同樣的方式再分別旋轉組裝基底45°進行兩次組裝，共實現四次組裝，圖3展示了四次組裝後銀納米線排布的效果圖。
本實施例中，在交叉組裝完銀納米線網狀結構後，將組裝有銀納米線網狀結構的PET薄膜放入烘箱中保持200℃加熱60分鐘進行後處理，以減小銀納米線之間的接觸電阻。
本實施例中，在PET薄膜後處理完後，將PET薄膜保存在真空乾燥器中。
本發明的工作原理：本發明通過在電極基底的電極上施加適當的交流正弦電信號，在電極基底上產生非均勻電場，電極基底和組裝基底緊緊貼合在一起，電場可穿透組裝基底，從而在組裝基底上產生非均勻電場，再利用非均勻電場對組裝基底上銀納米線懸浮液中的銀納米線產生介電泳作用力，將銀納米線在組裝基底上沿電場方向規則排布。同時將電極基底和組裝基底貼合後傾斜一定角度，這樣銀納米線懸浮液滴在組裝基底表面後會受到重力作用而產生一定的沿斜坡向下的運動趨勢，利用懸浮液對銀納米線的毛細作用將銀納米線沿斜坡方向規則排布。所以，將斜坡傾斜方向和電場方向一致時，可以結合介電泳力和毛細作用力在組裝基底上更好地規則組裝銀納米線，提高銀納米線組裝質量和效率。本發明中電極基底和組裝基底是獨立的，相對位置和角度可調。因而，可以在第一次組裝後，任意角度旋轉組裝基底進行再次組裝，形成銀納米線網狀結構。本發明可通過調節相關參數來得到不同的銀納米線網狀結構，從而得到理想的柔性透明導電薄膜，達到導電性和透光性的最佳平衡，這些參數有：電極基底上的電極結構、交流電信號頻率和幅值、組裝基底的材質及厚度、電極基底和組裝基底貼合後的傾斜角度、銀納米線的尺寸和濃度以及銀納米線懸浮液的溶劑等。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。