一种抗沉降、自流平纳米银线导电油墨和由其制备透明导电薄膜的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于导电油墨和导电薄膜的制备技术领域。
【背景技术】
[0002] 当前的触控显示电子产品主要是基于氧化铟锡半导体材料（ITO)而设计的，但是 这一技术却面临着铟资源稀缺、加工过程复杂、能耗高、保存困难、易发生黄化等问题，尤其 是ITO作为一种氧化物，其脆性大，柔韧性差难以满足新一代触控显示技术对产品的柔性、 可弯折性等方面的需求。基于纳米银线导电油墨的新型透明导电薄膜作为一类替代技术则 表现出了优越的性能，尤其是它具有很好的导电性、柔韧性、透光性，且银在地球上的储量 相对于铟来说要丰富，加工成本低、能耗小、污染少。因此具有极高的透光率、极强的导电性 以及可弯曲等优点的纳米银线透明导电薄膜取代ITO薄膜是大势所趋。
[0003] 目前基于纳米银线的透明导电薄膜以及其油墨已有多项专利申请，但是通常的 加工工艺比较复杂，要经过几步转印或者反复涂布过程才能最终实现所需的结果。或者在 油墨调配过程中引入大量高分子树脂、表面活性剂、流平剂、防沉剂以及分散剂等助剂。该 多种助剂的引入不仅使油墨调配变得复杂，而且很大程度上的的增加了油墨的调配成本。 本发明选取最优化的配方，仅在纳米银线原液中添加少数组分，便可方便地制备透明导电 薄膜并使得到的膜达到甚至超越现有的数据指标。
【发明内容】
[0004] 本发明的第一方面提供了一种具有抗沉降和自流平性能的纳米银线导电油墨，其 由纳米银线、水性树脂、导电高分子、有机溶剂及去离子水组成，其重量组成为：
[0005] 纳米银线0· 1 %~5 % ;
[0006] 水性树脂1 %~10% ;
[0007] 导电尚分子0· 1%~5% ;
[0008] 有机溶剂10 %~45% ;
[0009] 去离子水35%~88. 5%。
[0010] 其中所述纳米银线的重量是指该纳米银线本身的重量，不包括纳米银线悬浮液中 的溶剂或悬浮介质的重量。
[0011] 在优选实施方案中，所述纳米银线长度为5~60 μ m，直径为20~60nm。
[0012] 在优选实施方案中，所述水性树脂为水性聚氨酯树脂。
[0013] 在优选实施方案中，导电高分子为聚3, 4-乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐（缩写 为 PEDOT :PSS)。
[0014] 在优选实施方案中，所述有机溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、二甲基亚砜、四氢呋 喃、N，N-二甲基乙酰胺中的一种或多种。
[0015] 本发明的第二方面提供了一种透明导电薄膜的制备方法，其包括以下步骤：
[0016] a.制备如本发明第一方面所示的具有抗沉降和自流平性能的纳米银线导电油 墨；
[0017] b.将所述纳米银线导电油墨通过线棒滚涂方法涂于PET透明基底，烘干固化，得 到透明导电薄膜。
[0018] 在优选实施方案中，所述烘干固化的温度为110~130°C，时间为1~5分钟。
[0019] 本发明的方法的具体步骤为：首先在室温下将对应量的纳米银线、水性树脂、有机 溶剂、导电高分子及去离子水加入至烧杯，并伴随搅拌，使其完全混合。将调配好的油墨滴 加到PET基底上，随后通过线棒以一定速度滚涂，得到导电油墨湿膜。将湿膜置于真空烘 箱，待湿膜中的去离子水、有机溶剂完全挥发，取出PET得到干膜，即上述透明导电薄膜。
[0020] 由于纳米银线表面被聚乙烯吡咯烷酮（PVP)包覆，使得搭接过程纳米银线之间会 产生大量的接触电阻，因此为了降低接触电阻，油墨中引入导电高分子聚3, 4-乙撑二氧噻 吩：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT :PSS)。其中聚3, 4-乙撑二氧噻吩（PEDOT)中噻吩环上的硫可 以与纳米银线上的银通过化学键结合，而聚3, 4-乙撑二氧噻吩（PEDOT)的31-31共轭结构 可以传导电子，从而很大程度上的降低了接触电阻，提高了膜片的导电性。聚苯乙烯磺酸盐 (PSS)与聚3, 4-乙撑二氧噻吩（PEDOT)结合提高了其水溶性。
[0021] 水性聚氨酯树脂的作用在于提高纳米银线与基底PET的粘合性，防止纳米银线脱 落，得到可靠的纳米银线薄膜。
[0022] 通过线棒滚涂的涂布方式可以有效的控制纳米银线导电层的厚度以及平整度。
[0023] 与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
[0024] 导电油墨为水性油墨，无有害物质挥发，无刺激性气味，无毒环保。
[0025] 导电油墨成分简单，在不加入复杂的添加剂，如：流平剂、防沉剂、表面活性剂等助 剂的条件下仍具有自流平性和抗沉降性能，且仍可获得优异的导电性与透光性。
[0026] 由于导电高分子的加入，大大的减少了银线的用量，如，仅0. 17wt%的银含量下即 可获得表面电阻为lOOohm/sq的透明导电薄膜。
[0027] 水性聚氨酯树脂可以使纳米银线牢固的粘附于PET基底上，不会出现纳米银线脱 落的现象。
[0028] 透明导电薄膜以PET为基底，可以随意弯折、扭曲，完全满足未来柔性屏幕的要 求。
[0029] 为让本发明之上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施 例，并配合所附图式，作详细说明如下。
【附图说明】
[0030] 图1为本发明实施例1中直径为40nm银线制备的透明导电薄膜的电子扫描显微 镜（SEM)照片。
[0031] 图2为本发明实施例1中直径为40nm银线扫描电子显微镜（SEM)照片。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0033] 实施例1
[0034] (1)纳米银线导电油墨的调配：
[0035] 在带有搅拌器的1000 mL三口烧瓶中加入去离子水500g，然后再加入水性聚氨酯 树脂l〇g，PEDOT :PSS溶液200g(其中PEDOT :PSS质量分数为Iwt %，溶剂为水：异丙醇 1:1)，纳米银线异丙醇溶液150g (纳米银线溶液浓度为10mg/ml)，纳米银线平均直径40nm， 平均长度40 μπι,长径比在1000左右。搅拌30min，混合均匀后即制得纳米银线导电油墨， 所制得的纳米银线导电油墨中，纳米银线浓度为〇. 17wt%。
[0036] (2)制备透明导电薄膜及性能测试：
[0037] 以PET为透明柔性基材，其自身透光率为92. 1%，厚度为100 μπι。将上述制备好 的纳米银线导电油墨以线棒滚涂的方式均匀涂覆于ΡΕΤ，其中线棒间距为15 μπι，滚涂速度 为80cm/min，基材表面形成一层均勾的湿膜，在130°C真空干燥箱干燥3min，待湿膜中的 去离子水以及有机溶剂完全挥发，取出附有纳米银线网络的PET干膜，即所述透明导电薄 膜。采用四探针测试仪测量所得膜的薄膜电阻，光电雾度计测试所制备膜的透光率及雾度。 其所制备得到的透明导电薄膜透光率为89.9±0. 1%，薄膜电阻为100±10 Ω/ □，雾度为 1. 3%〇
[0038] 图1为本发明实施例1中直径为40nm银线制备的透明导电薄膜的电子扫描显微 镜（SEM)照片，显示纳米银线被导电高分子包覆。
[0039] 图2为本发明实施例1中直径为40nm银线扫描电子显微镜（SEM)照片，显示其直 径为20~60nm，长度为5~60 μ m。
[0040] 表1为各组分含量以及各项性能指标。
[0041] 实施例2
[0042] (1)纳米银线导电油墨的调配：
[0043] 在带有搅拌器的1000