一種基于一維納米材料柔性超延展導電薄膜的高效制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于一維納米材料柔性超延展導電薄膜的高效制備方法，屬于納米光電材料技術領域。該制備方法包括：首先將一維納米導電材料溶液均勻地噴涂在硬質(zhì)襯底上，制備導電薄膜；其次將未固化的PDMS膠體均勻地旋涂在導電薄膜表面，然后將已拉伸的固化PDMS膜放置在未固化PDMS膜表面，最后通過重壓并放置在真空干燥箱中固化。本發(fā)明提供了一種操作簡單、低成本、適用范圍廣的柔性可延展導電薄膜制備方法，本方法具有轉(zhuǎn)移過程高效、大面積制備的特點，所制備的導電薄膜呈現(xiàn)出柔性超延展與電性能穩(wěn)定的突出優(yōu)點。
【專利說明】
一種基于一維納米材料柔性超延展導電薄膜的高效制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于納米光電材料技術領域，涉及納米材料、導電材料和導電薄膜技術領域，具體涉及一種基于一維納米材料柔性超延展導電薄膜的高效制備方法。
【背景技術】
[0002]—維納米材料是指空間有兩個維度處于納米尺度范圍內(nèi)的材料。一維納米材料包括納米管、納米棒、納米線、量子線與納米帶等。其中，具有導電功能的一維納米導電材料因其獨特的熱穩(wěn)定性、機械柔性、電子傳輸和光學性質(zhì)等，在柔性透明導電薄膜、柔性觸摸屏、柔性光電器件、可穿戴電子等新興戰(zhàn)略領域具有廣泛的應用前景?；谝痪S導電納米材料高效制備柔性超延展導電薄膜具有現(xiàn)實意義。
[0003]目前，基于一維納米導電材料制備柔性可延展薄膜的制備方法主要有兩種。其一，通過壓印技術將一維納米材料導電薄膜直接轉(zhuǎn)移至彈性PDMS襯底表面(Nano Res.,2010,3，564-573)，該方法具有柔性超延展的特點，但存在轉(zhuǎn)移效率低、表面平整度高與電穩(wěn)定性差的明顯不足。其二，通過在一維納米導電材料薄膜表面直接固化PDMS膜(Adv.Mater.，2012，24，5117-5122)，該方面具有轉(zhuǎn)移效率高、表面平整度低、電性能穩(wěn)定的突出優(yōu)點，其缺點在于不能通過預拉伸技術實現(xiàn)柔性超延展性。
[0004]所以，急需一種能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)移效率高、表面平整度低、電性能穩(wěn)定的超延展導電薄膜的制備方法，目前還沒有相關報道。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術的不足，結(jié)合預拉伸PDMS與直接固化PDMS制備柔性可延展導電薄膜的優(yōu)點，本發(fā)明采用直接固化與預拉伸PDMS相結(jié)合的方法，實現(xiàn)了基于一維納米導電材料薄膜的高效制備，解決了以往薄膜的轉(zhuǎn)移不能進行預拉伸、效率低、薄膜受破壞等問題。且在PDMS在一定的拉伸范圍內(nèi)，薄膜仍具有穩(wěn)定的電學性能。
[0006]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0007]—種基于一維納米材料柔性超延展導電薄膜的高效制備方法，包括以下步驟:
[0008]I)制備柔性可拉伸PDMS襯底；
[0009]2)將一維納米材料溶液均勻地噴涂在硬質(zhì)襯底上，制備成導電薄膜；
[0010]3)將未固化的PDMS膠體均勻地旋涂在導電薄膜表面，形成混合薄膜；
[0011 ] 4)將步驟I)中的柔性可拉伸PDMS襯底預拉伸后緊貼在混合薄膜表面；
[0012]5)在其表面給予重壓，常溫靜置一段時間后放入真空干燥箱中加熱固化；
[0013]6)固化結(jié)束后，將PDMS和硬質(zhì)襯底進行剝離，得到柔性超延展導電薄膜。
[0014]進一步的技術方案，所述步驟I)的PDMS襯底由DOW CORNING SYLGARD184硅橡膠制備。
[0015]進一步的技術方案，所述步驟2)的一維納米材料為碳納米管和銀納米線中的一種，一維納米材料溶液的溶劑為乙醇。
[0016]進一步的技術方案，所述步驟2)的一維納米材料為碳納米管，碳納米管分散液為室溫條件下超聲6h-10h所得。
[0017]進一步的技術方案，所述步驟2)在硬質(zhì)襯底噴涂薄膜的過程中加熱臺溫度為80cC-1OOcC0
[0018]進一步的技術方案，所述步驟2)的硬質(zhì)襯底為玻璃片;硬質(zhì)襯底分別用去離子水、異丙醇、乙醇、去離子水各超聲10min-30min,氮氣吹干。
[0019]進一步的技術方案，所述步驟3)的旋涂選用勻膠機，其工作條件為:轉(zhuǎn)數(shù):布膠600-1000轉(zhuǎn)，勻膠600-1000轉(zhuǎn)，旋涂時間:布膠時間為10-20s，勻膠時間為10-20s。
[0020]進一步的技術方案，所述步驟4)的PDMS預拉伸后的長度為其原有長度的8%-25% ο
[0021]進一步的技術方案，所述步驟5)的表面給予重壓值為0.8N-1.2N，使固化的PDMS膜、未固化的PDMS膠、一維納米材料薄膜三者充分接觸；常溫放置時間為10-15min ；加熱溫度為60 °C-70 °C，固化時間為5h-7h。
[0022]有益效果
[0023]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0024]1、本發(fā)明的一維納米材料薄膜的制備方法簡單、快捷，易于大規(guī)模生產(chǎn)，適用范圍廣，且制備成本低，最終的產(chǎn)品以PDMS為襯底的一維納米材料導電薄膜的完整性保持不變。
[0025]2、在一定范圍內(nèi)，PDMS經(jīng)過多次拉伸測試后，一維納米材料薄膜仍具有穩(wěn)定的電性能。
[0026]3、相同的硬質(zhì)襯底上的薄膜，按本發(fā)明的方法進行不同的預拉伸轉(zhuǎn)移得到的柔性薄膜，其電阻、方阻是不同的。說明預拉伸可以提高柔性薄膜的電性能，并增強其電性能的穩(wěn)定性。
[0027]4、本發(fā)明有效地克服了現(xiàn)有技術中轉(zhuǎn)移效率低、轉(zhuǎn)移不完全等缺點，本發(fā)明不僅具有制備工藝簡單、轉(zhuǎn)移效率高、轉(zhuǎn)移完全、電性能穩(wěn)定，還具有柔性超延展性能。所以基于一維納米材料柔性超延展導電薄膜的高效制備具有一定的產(chǎn)業(yè)利用價值。同時，本發(fā)明的方法具有普適性，可以實現(xiàn)所有基于一維納米導電材料薄膜的柔性超延展制備，諸如碳納米管、金屬納米線等。以上優(yōu)點有助于提升一維納米導電材料薄膜在柔性電子的應用領域。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明的基于一維納米材料柔性超延展導電薄膜的制備方法流程圖；
[0029]圖2為本發(fā)明實施例1的碳納米管柔性超延展導電薄膜與現(xiàn)有技術制備的碳納米管導電薄膜和其電阻之間的關系對比圖；
[0030]圖3為本發(fā)明實施例2的銀納米線柔性超延展導電薄膜與現(xiàn)有技術制備的銀納米線導電薄膜和其電阻之間的關系對比圖；
[0031]圖4為本發(fā)明實施例1的碳納米管柔性超延展導電薄膜與現(xiàn)有技術制備的碳納米管導電薄膜和其電阻率(R-R0)/R0之間的關系對比圖；
[0032]圖5為本發(fā)明實施例2的銀納米線柔性超延展導電薄膜與現(xiàn)有技術制備的銀納米線導電薄膜和其電阻率(R-R0)/R0之間的關系對比圖。
【具體實施方式】
[0033]以下所述僅是本發(fā)明的【具體實施方式】，本領域技術人員可通過該說明書所闡述的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的各項細節(jié)與應用，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改善和潤飾，這些改善改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。實施例1
[0034]—種基于碳納米管柔性超延展導電薄膜的高效制備方法，包括以下步驟:
[0035]a.柔性可拉伸PDMS襯底的制備
[0036]I)將基本組分A與固化劑B按10:1質(zhì)量比混合，攪拌30min，混合均勻，抽氣泡；
[0037]2)將無氣泡的A、B混合組分，再次攪拌1min，抽氣泡；
[0038]3)將其轉(zhuǎn)移到塑料培養(yǎng)皿中，抽氣泡；
[0039]4)將培養(yǎng)皿放置在70°C條件下，固化7h;
[0040]5)最后，將PDMS和塑料培養(yǎng)皿進行剝離。
[0041 ] b.一維納米材料溶液的制備
[0042]取0.0lg碳納米管置于15ml的離心管中，用吸管吸入1ml的乙醇，用塑料封口膠帶封好，放入功率為240w的超聲機中進行超聲，時間為6h，離心，靜置一夜。
[0043]c.玻璃片的清洗
[0044]將切好的2.5*2.5cm的玻璃片分別在去離子水、異丙醇、乙醇、去離子水中分別超聲1min，最后用氮氣吹干。
[0045]d.超延展、高穩(wěn)定、基于一維納米材料薄膜的高效制備:
[0046]I)將10mg/ml的碳納米管溶液取4ml置于噴槍中，對玻璃襯底進行噴涂，制備碳納米管薄膜；
[0047]2)薄膜干燥后，在薄膜表面旋涂一層薄的PDMS膠體，得到碳納米管和PDMS的混合薄膜，布膠速度600轉(zhuǎn)、布膠時間I Os;勻膠速度600轉(zhuǎn)、勻膠時間I Os;
[0048]3)將已固化且預拉伸后的PDMS，用鐵夾子固定在混合薄膜表面；
[0049]4)在其表面給予重壓1.2N，1min后放入真空干燥箱;將薄膜置于70°C條件下，固化7h。
[0050]5)固化結(jié)束后，將PDMS和玻璃進行剝離，得到以TOMS為襯底的柔性超延展碳納米管導電薄膜。
[0051 ] 實施例2
[0052]一種基于銀納米線柔性超延展導電薄膜的高效制備方法，包括以下步驟:
[0053]a.柔性可拉伸PDMS襯底的制備
[0054]I)將基本組分A與固化劑B按10:1質(zhì)量比混合，攪拌30min，混合均勻，抽氣泡；
[0055]2)將無氣泡的A、B混合組分，再次攪拌1min，抽氣泡；
[0056]3)將其轉(zhuǎn)移到塑料培養(yǎng)皿中，抽氣泡；
[0057]4)將培養(yǎng)皿放置在70°C條件下，固化7h;
[0058]5)最后，將PDMS和塑料培養(yǎng)皿進行剝離。
[0059]b.玻璃片的清洗
[0060]將切好的2.5*2.5cm的玻璃片分別在去離子水、異丙醇、乙醇、去離子水中分別超聲1min，最后用氮氣吹干。[0061 ] c.超延展、高穩(wěn)定、基于一維納米材料薄膜的高效制備:
[0062]I)取5mg/ml的銀納米線乙醇溶液0.5ml—維納米材料溶液置于噴槍中，對玻璃襯底進行噴涂，制備一維納米材料薄膜；
[0063]2)薄膜干燥后，在薄膜表面旋涂一層薄的PDMS膠體，得到銀納米線和PDMS的混合薄膜，布膠速度700轉(zhuǎn)、布膠時間15s;勻膠速度700轉(zhuǎn)、勻膠時間15s;
[0064]3)將已固化且預拉伸后的PDMS，用鐵夾子固定在混合薄膜表面；
[0065]4)在其表面給予重壓0.SN，15min后放入真空干燥箱;將薄膜置于65°C條件下，固化6h。
[0066]5)固化結(jié)束后，將PDMS和玻璃進行剝離，得到以TOMS為襯底的柔性超延展銀納米線導電薄膜。
[0067]分別對實施例1制備的碳納米管柔性超延展導電薄膜與現(xiàn)有技術制備的碳納米管導電薄膜進行電阻測量，如圖2所示，圖上三種方法所使用的薄膜的制備工藝是相同的。Ml為本發(fā)明的方法，M2的方法為將未固化的PDMS直接倒在薄膜上、固化7h、剝離得到柔性可拉伸薄膜。M3的方法為將已固化的I3DMS緊貼在薄膜上，800g-1200g的重物壓制、加熱7h、剝離得到的柔性薄膜。Ml和M3其預拉伸大小均為0%。分別對實施例2制備的銀納米線柔性超延展導電薄膜與現(xiàn)有技術制備的銀納米線導電薄膜進行電阻測量，其預拉伸大小均為0%，如圖3所示。
[0068]從圖2和圖3可以看出，Ml和M3在I3DMS襯底沒有進行預拉伸的情況下，Ml和M2的電阻是差不多的，也就是說在沒有預拉伸的情況下，兩種方法的轉(zhuǎn)移效率是相同的，M3的電阻是最大的，說明其轉(zhuǎn)移效率是最低的。
[0069]分別對實施例1的碳納米管柔性超延展導電薄膜與現(xiàn)有技術制備的碳納米管導電薄膜進行電阻率(R-R0)/R0關系對比，如圖4所示，在拉伸范圍從10%-50%循環(huán)測試電學性能，Ml、M2、M3均為第5次循環(huán)，其預拉伸大小均為20%。再分別對實施例2的銀納米線柔性超延展導電薄膜與現(xiàn)有技術制備的銀納米線導電薄膜進行電阻率(R-R0)/R0關系對比，如圖5所示，在拉伸范圍從10%-50%循環(huán)測試電學性能。Ml為第5次循環(huán)，M2為第5次循環(huán)，M3為第I次循環(huán)，其預拉伸大小均為20%。
[0070]從圖4和圖5可以看出，Ml即本發(fā)明的方法不光轉(zhuǎn)移效率高，而且可進行PDMS襯底的預拉伸處理，經(jīng)過5次循環(huán)測試后，其(R-R0)/R0的值是最小的，即電性能最穩(wěn)定。雖然方法M2薄膜的轉(zhuǎn)移效率也很高，但因其不能進行預拉伸處理，所以其電性能比較穩(wěn)定。方法M3的缺點是:第一，薄膜的轉(zhuǎn)移效率非常的低;其二，雖然其在制作工藝上雖然可以進行預拉伸的前期的處理，但在進行拉伸測試的時候PDMS表面上的薄膜很容易脫落，非常的不穩(wěn)定，所以只做了一個循環(huán)，故(R-R0)/R0的值最大。
【主權項】
1.一種基于一維納米材料柔性超延展導電薄膜的高效制備方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)制備柔性可拉伸PDMS襯底； 2)將一維納米材料溶液均勻地噴涂在硬質(zhì)襯底上，制備成導電薄膜； 3)將未固化的PDMS膠體均勻地旋涂在導電薄膜表面，形成混合薄膜； 4)將步驟I)中的柔性可拉伸PDMS襯底預拉伸后緊貼在混合薄膜表面； 5)在其表面給予重壓，常溫靜置一段時間后放入真空干燥箱中加熱固化； 6)固化結(jié)束后，將PDMS和硬質(zhì)襯底進行剝離，得到柔性超延展導電薄膜。2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于一維納米材料柔性超延展導電薄膜的高效制備方法，其特征在于:所述步驟I)的PDMS襯底由DOW CORNING SYLGARD184硅橡膠制備。3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于一維納米材料柔性超延展導電薄膜的高效制備方法，其特征在于:所述步驟2)的一維納米材料為碳納米管和銀納米線中的一種，一維納米材料溶液的溶劑為乙醇。4.根據(jù)權利要求1或3所述的一種基于一維納米材料柔性超延展導電薄膜的高效制備方法，其特征在于:所述步驟2)的一維納米材料為碳納米管，碳納米管分散液為室溫條件下超聲6h-10h所得。5.根據(jù)權利要求1或3或4所述的一種基于一維納米材料柔性超延展導電薄膜的高效制備方法，其特征在于:所述步驟2)在硬質(zhì)襯底噴涂薄膜的過程中加熱臺溫度為80°C-10(TC。6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于一維納米材料柔性超延展導電薄膜的高效制備方法，其特征在于:所述步驟2)的硬質(zhì)襯底為玻璃片；硬質(zhì)襯底分別用去離子水、異丙醇、乙醇、去離子水各超聲10min-30min，氮氣吹干。7.根據(jù)權利要求1所述的一種基于一維納米材料柔性超延展導電薄膜的高效制備方法，其特征在于:所述步驟3)的旋涂選用勻膠機，其工作條件為:轉(zhuǎn)數(shù):布膠600-1000轉(zhuǎn)，勻膠600-1000轉(zhuǎn)，旋涂時間:布膠時間為10-20s，勻膠時間為10-20s。8.根據(jù)權利要求1所述的一種基于一維納米材料柔性超延展導電薄膜的高效制備方法，其特征在于:所述步驟4)的PDMS預拉伸后的長度為其原有長度的8%-25%。9.根據(jù)權利要求1所述的一種基于一維納米材料柔性超延展導電薄膜的高效制備方法，其特征在于:所述步驟5)的表面給予重壓值為0.8N-1.2N;常溫放置時間為10-15min ；加熱溫度為60 0C -70 0C，固化時間為5h-7h。
【文檔編號】H01B13/00GK105957639SQ201610311539
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】劉舉慶, 曹立君, 黃維, 劉洋, 王展
【申請人】南京工業(yè)大學