浸渍提拉法构筑银薄膜电极的方法与流程

本发明属于纳米材料应用领域，具体涉及一种利用浸渍提拉构筑平整性和导电性较为良好的银薄膜电极的制备方法。

背景技术：

银由于其导电性优秀，常常用作各种电子设备当中的电极材料，例如oled的阴极材料。而传统制备银薄膜电极的方法，即真空蒸镀法，对设备要求较高，且制备工艺繁琐，蒸镀条件苛刻，加工费用较高。因此，开发新的制备路线十分必要。使用银纳米材料通过溶液法制备银电极，是一种常见的替代路线。银纳米颗粒由于其独特的纳米尺度效应，可以很好的分散在溶液当中，非常适宜溶液法制备银薄膜电极。

有关银薄膜电极的制备方法有很多，包括以下：

1、电沉积法，如cn201810855992.4采用电化学沉积法在pet基底上沉积银微米球结构，然后进行二次沉积，形成三维树林状银纳米结构基底。该方法的缺陷是无法形成较为平整的银薄膜电极。

2、磁控溅射等方法，同样无法得到较为平整的银薄膜电极，且设备费用依然高昂。

3、液相还原法，请cn201010532873.9采用液相还原法得到银纳米颗粒，将制备的银纳米颗粒分散于水中，再将分散液涂覆于基底上，干燥，得到银纳米薄膜，将所述银纳米薄膜浸于强电解质溶液中处理，即得到由熔结的银纳米颗粒组成的薄膜，此银纳米薄膜具有优良的导电性能，但此方法仍然无法得到较为平整的薄膜。

4、cn201510189550.7综合了物理磁控溅射和液相化学还原方法，发明一种azo/ag/azo薄膜太阳能电池前电极的制备方法，利用物理溅射制备azo层，利用化学实验的方法制备银纳米颗粒等离子体，但该方法仍然要用到物理磁控溅射的方法，应用面较窄。

5、浸渍提拉法：

现有关浸渍提拉法制备金属薄膜电极的专利申请较少。

中国专利申请cn201510264772.0采用浸渍提拉法和双离子束溅射法联合制备出了金属铜薄膜复合电极，但该方法过程繁琐，且仍然要进行高温退火，无法做到便捷的全溶液工艺。

中国专利申请cn201610527049.1采用浸渍提拉法在ito上形成有序的银纳米线薄膜/zno叠层，提高电池器件的光电转换效率，该方法应用在太阳能电池部分。

中国专利申请cn200910093129.0通过浸渍提拉法，控制膜层厚度和提拉速度，制备出掺银的二氧化硅抗菌薄膜，应用于不锈钢表面抗菌图层。

上述关于银薄膜电极的制备方法，有的反应温度过高工艺繁琐，有的应用面较窄，或是所得电极形貌不平整等问题。因此，寻求一个简单、便捷、全溶液的银薄膜电极的制备方法目前仍然是一个挑战。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种浸渍提拉法构筑银薄膜电极的方法，采用该方法制备而得的银薄膜电极平整性、且导电性良好。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种浸渍提拉法构筑银薄膜电极的方法，包括对玻璃片进行清洗干燥处理，以清洁干燥处理后玻璃片作为基底；还包括以下步骤：

1)、配制质量浓度为(3±0.2)mg/ml的银纳米颗粒的乙醇分散液；

2)、浸渍提拉和干燥：

将基底浸渍在步骤1)所得的银纳米颗粒的乙醇分散液中，浸渍(30±5)秒钟后再向上提拉基底，使浸渍后基底悬空位于银纳米颗粒的乙醇分散液的上方从而实现基底表面干燥；依次重复上述浸渍、再向上提拉、干燥；得带有涂层的基底；

每次的浸渍时间是指：基底与乙醇分散液相接触至后续与乙醇分散液相分离的时间，此定义属于常识；

3)、将步骤2)所得的带有涂层的基底进行烧结。

作为本发明的浸渍提拉法构筑银薄膜电极的方法的改进，所述步骤3)中的烧结为微波烧结为：于250-1000w的烧结功率烧结20-60s。

作为本发明的浸渍提拉法构筑银薄膜电极的方法的进一步改进：银纳米颗粒的平均粒径为40～60nm。

作为本发明的浸渍提拉法构筑银薄膜电极的方法的进一步改进：所述步骤2)的重复次数为40-100次。

作为本发明的浸渍提拉法构筑银薄膜电极的方法的进一步改进：所述步骤2)中，浸渍后基底悬空位于银纳米颗粒的乙醇分散液的上方时间(60±10)秒。

作为本发明的浸渍提拉法构筑银薄膜电极的方法的进一步改进：基底(玻璃片)的规格为2×2cm(厚度为1mm)，将基底浸渍在深度为1～5cm的银纳米颗粒的乙醇分散液中，向下浸渍速度为(6000±1000)μm/s，向上提拉基底时提拉速度为500～4000μm/s。

本发明的方法过程简易、快捷，有利于应用于工业化生产，从而能够实现快速、高效的制备银薄膜电极。

步骤2)中采用的镀膜方式为浸渍提拉法，依靠本发明的步骤2)设定的工艺步骤和工艺参数，可以得到平整性良好的纯银薄层；依靠本发明的步骤3)设定相应的烧结功率和烧结时间，能得到导电性良好的银薄膜电极。

本发明具有如下的技术优势：

1、本发明采用浸渍提拉法，只需要一台简易的浸渍提拉机就可以进行制备，加工门槛较低，不需要昂贵的生产设备。

2、过程简单易行、成本低，易于工业化生产。

3、得到的纯银薄层平整性良好。

4、通过简单的微波烧结后处理即可实现导电性的改善，降低其方阻。

综上所述，本发明采取简单的浸渍提拉法，使用银纳米颗粒的乙醇分散液为原料，通过快捷的微波烧结后处理，有效的制备了平整性和导电性良好的银薄膜电极。这种制备方法简单，成本较低，制备得到的银电极适合应用于oled、太阳能电路板或其他电子设备的电极材料。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为银纳米颗粒的tem图。

图2为银薄膜电极截面的sem图；

a为厚度约为5μm的电极截面图(实施例1)，b为厚度约为2μm的电极截面图(实例2)。

图3为银薄膜电极的实物照片；

图3中，从左至右依次为实施例1、对比例1-1、对比例1-2、实施例2、对比例2-1、对比例2-2。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

以下案例中，银纳米颗粒的平均直径为40-60nm。

取银纳米颗粒3mg加入乙醇定容至1ml，然后于室温条件下搅拌90分钟，得质量浓度为3mg/ml的银纳米颗粒的乙醇分散液。

将2cm×2cm的玻璃片(厚度为1mm)，按照常规技术，用去离子水清洗(3次)、超声(10min)、并干燥(1h)后，作为基底。

实施例1、一种浸渍提拉-微波烧结构筑银薄膜电极的制备方法，其制备步骤如下：

1)、量取质量浓度为3mg/ml的银纳米颗粒的乙醇分散液80ml，置于100ml的烧杯中；此时乙醇分散液的深度约为5cm；

2)、将基底夹在简易的浸渍提拉机的夹具上，在提拉机器上设定提拉次数为100次、提拉速度为2000μm/s，所设定的其他参数为：浸渍速度6000μm/s、浸渍时间30s、悬空时间1min；

浸渍时，基底靠近烧杯烧杯底部；

3)、取1片步骤2)所得带有涂层的基底平放入微波容器内进行微波烧结，烧结功率为1000w、烧结时间为60s，从而实现对纯银薄层进行微波烧结。

4)、直接取步骤3)所得物用四探针仪测试所得银导电薄膜的导电性，用台阶仪测试其平整度和厚度。

所得银薄膜电极的方块电阻为0.75ω/sq，其厚度为5μm，粗糙度为18nm，如图2a。

实施例2、一种浸渍提拉-微波烧结构筑银薄膜电极的制备方法，其制备步骤如下：

1)、量取质量浓度为3mg/ml的银纳米颗粒的乙醇分散液总共80ml，置于100ml的烧杯中；

2)、将基底夹在简易的浸渍提拉机的夹具上，在提拉机器上设定提拉次数为40次、提拉速度为500μm/s，所设定的其他参数为：浸渍速度6000μm/s、浸渍时间30s、悬空时间1min；

3)、取1片步骤2)所得带有涂层的基底平放入微波容器内进行微波烧结，烧结功率为1000w、烧结时间为60s，从而实现对纯银薄层进行微波烧结。

4)、直接取步骤3)所得物用四探针仪测试所得银导电薄膜的导电性，用台阶仪测试其平整度和厚度。

所得银薄膜电极的方块电阻为1.87ω/sq，其厚度为2μm，粗糙度为6nm，如图2b。

实施例3、一种浸渍提拉-微波烧结构筑银薄膜电极的制备方法，其制备步骤如下：

1)、量取质量浓度为3mg/ml的银纳米颗粒的乙醇分散液总共80ml，置于100ml的烧杯中；

2)、将基底夹在简易的浸渍提拉机的夹具上，在提拉机器上设定提拉次数为40次、提拉速度为500μm/s，所设定的其他参数为：浸渍速度6000μm/s、浸渍时间30s、悬空时间1min；

3)、取1片步骤2)所得带有涂层的基底平放入微波容器内微波烧结，烧结功率为500w、烧结时间为30s，从而实现对纯银薄层进行微波烧结。

4)、直接取步骤3)所得物用四探针仪测试所得银导电薄膜的导电性，用台阶仪测试其平整度和厚度。

所得银薄膜电极的方块电阻为3.61ω/sq，其厚度为2μm，粗糙度为6nm。

对比例1-1、将银纳米颗粒的乙醇分散液的浓度由3mg/ml改成6mg/ml，且相应缩减提拉次数为30次；其余等同于实施例2。

所得银薄膜电极的方块电阻为2.05ω/sq，其厚度为2μm，粗糙度为25nm，如图3(左二)。

对比例1-2、将银纳米颗粒的乙醇分散液的浓由3mg/ml改成1.5mg/ml，且相应增加提拉次数为200次；其余等同于实施例2。

所得银薄膜电极的方块电阻为5.04ω/sq，其厚度为2μm，粗糙度为11nm，如图3(左三)。

对比例2-1、将步骤2)中的提拉速度由500μm/s改成100μm/s，其余等同于实施例2。所得银薄膜电极的方块电阻为4.89ω/sq，其厚度为2μm，粗糙度为8nm，如图3(右二)。

对比例2-2、将步骤2)中的提拉速度由500μm/s改成6000μm/s，其余等同于实施例2。所得银薄膜电极的方块电阻为6.67ω/sq，其厚度为2μm，粗糙度为77nm，如图3(右一)。

对比例3-1、将步骤3)中“于1000w烧结60s”改成“于1500w烧结60s”；其余等同于实施例2。所得银薄膜电极的方块电阻为3.54ω/sq，其厚度为2μm，粗糙度为6nm。

对比例3-2、将步骤3)中“于1000w烧结60s”改成“于200w烧结300s”；其余等同于实施例2。所得银薄膜电极的方块电阻为7.89ω/sq，其厚度为2μm，粗糙度为6nm。

对比例4-1、将步骤2)中悬空时间由“1min”改成“于0.5min”；其余等同于实施例2。所得银薄膜电极的方块电阻为19.03ω/sq，其厚度为2μm，粗糙度为11nm。

对比例4-2、将步骤2)中悬空时间由“1min”改成“于1.5min”；其余等同于实施例2。所得银薄膜电极的方块电阻为3.01ω/sq，其厚度为2μm，粗糙度为87nm。

对比例5、将银纳米颗粒的平均直径由“40-60nm”改成约为200nm；其余等同于实施例2。所得银薄膜电极的方块电阻为6.53ω/sq，其厚度为2μm，粗糙度为357nm。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。