納米纖維素/銀納米線復(fù)合的柔性透明導(dǎo)電紙的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種柔性透明導(dǎo)電薄膜材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到基于天然植物質(zhì)的納米纖維素柔性透明導(dǎo)電納米紙的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子器件趨向可穿戴、小型化和輕便型發(fā)展，柔性電子正面向高效率、小尺寸、低成本方向發(fā)展，柔性襯底由于優(yōu)越的機械性能、輕質(zhì)、低成本廣泛應(yīng)用于電子器件上，柔性透明導(dǎo)電薄膜被廣泛應(yīng)用于薄膜傳感器、0LED、觸摸屏、太陽能電池等新一代柔性電子器件上。目前，常用在柔性電子器件上的透明導(dǎo)電ITO和FTO薄膜已經(jīng)商品化，然而這些薄膜通常以塑料和玻璃為襯底，存在著很多不足，如彎折穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和尺度穩(wěn)定性較差，且成本較高，尤其是塑料襯底來源于不可再生石油基材料，因此，開發(fā)一種低成本、穩(wěn)定性高、環(huán)境友好型的柔性透明導(dǎo)電紙將對未來光電器件有重要的應(yīng)用價值。
[0003]與硬質(zhì)襯底材料(如玻璃，塑料)相比，纖維素以資源豐富、成本低、對環(huán)境友好、輕量化、可折疊等優(yōu)異性能，有望成為硬質(zhì)襯底的替代物。當纖維直徑由微米級變成納米級時，制成的紙由不透明變?yōu)橥该?。銀納米線紙由于納米尺寸效應(yīng)，在光學(xué)、電學(xué)和機械性方面有著優(yōu)異特性。用銀納米線制備透明導(dǎo)電紙引起了人們廣泛關(guān)注。采用銀納米線與納米級纖維素結(jié)合成透明導(dǎo)電紙，具有高透明性、低方塊電阻、柔性好的優(yōu)點，為實現(xiàn)輕柔性、可彎折觸摸屏等提供了可能性。另外，銀納米線在硬質(zhì)襯底上面與襯底由于只是弱的分子間相互作用力，銀納米線容易粘起從而導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)被破壞，會影響導(dǎo)電紙的導(dǎo)電性，限制了在光電器件上的應(yīng)用?；诶w維素成膜特點，可制成附著力高的柔性透明導(dǎo)電紙。利用纖維素與銀納米線結(jié)合制成柔性透明導(dǎo)電紙，既可以發(fā)揮纖維素柔性好，透光率高，綠色環(huán)保的優(yōu)勢，又結(jié)合銀納米線優(yōu)異的導(dǎo)電性的特點，拓展了其在柔性電子器件領(lǐng)域內(nèi)功能材料的應(yīng)用。
[0004]因此，開發(fā)一種具有高透光性、低電阻、高附著性，低成本的纖維素基柔性導(dǎo)電紙已成為下一代柔性電子器件發(fā)展的關(guān)鍵核心問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于目前制備透明導(dǎo)電膜中柔性差和金屬納米線襯底附著力差等難題，本發(fā)明提供了一種基于納米級纖維素與銀納米線復(fù)合制成的柔性透明導(dǎo)電紙及其制備方法。
[0006]為達到上述要求，本
【發(fā)明內(nèi)容】
如下:
本發(fā)明通過銀納米線半包覆在納米纖維素表面，構(gòu)筑納米纖維素和銀納米線異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，壓濾成紙制備柔性透明導(dǎo)電紙，其中異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)利于電子的傳輸，提高導(dǎo)電性，并且具有良好的機械性能，550nm波長下透光性可達到85%以上。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，具體步驟為:
I)將植物纖維研磨篩選，除去木質(zhì)素和半纖維素等雜質(zhì)后，200MPa壓力下均質(zhì)成納米級纖維素，經(jīng)洗滌后得到質(zhì)量百分比為0.5-3.0%的納米纖維素水分散液； 2)將質(zhì)量百分比為0.5-3.0%的納米纖維素水分散液均勻混合，經(jīng)過細胞粉碎處理后，把直徑為50-80nm，長度為5_15 μ m的銀納米線分散液加入到納米纖維素分散液中，加入黏結(jié)劑攪拌均勻。
[0008]3)將混合分散液用去離子水稀釋，得到質(zhì)量百分比為0.01-0.05%的水分散液，置于抽濾腔中，壓濾擠出成紙，銀納米線半埋在納米纖維素網(wǎng)絡(luò)中，形成致密網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的濕膜。
[0009]4)將得到的濕膜在溫度100~200°C真空干燥10~20分鐘，得到納米纖維素和銀納米線復(fù)合的柔性透明導(dǎo)電紙，厚度為100-120 μ m。
[0010]步驟I中選用的植物纖維為竹纖維、木纖維、麻纖維、棉纖維、海藻纖維、滸苔纖維、蒜皮纖維中的一種或幾種混合；得到的納米纖維素直徑為20~40nm，長度為1~5 μπι，掃描電鏡照片如圖1所示。
[0011]步驟2中的黏結(jié)劑為羧甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素的一種或幾種混合。納米纖維素和銀納米線均勻混合后，銀納米線直徑為50-80nm，長度為5-15 μπι。柔性透明導(dǎo)電紙的透射電鏡照片如圖2所示。
[0012]步驟3中得到的導(dǎo)電紙方塊電阻的范圍為1.9~28 ohm/sq，550nm波長透光率大于85%，且彎折300次后其透光率和方阻保持不變。
[0013]本發(fā)明通過壓濾擠出法制備得到柔性透明導(dǎo)電紙，相對于傳統(tǒng)導(dǎo)電薄膜，具有如下明顯特點和優(yōu)勢:
I)本發(fā)明得到的導(dǎo)電紙具有高透光率、低電阻、高柔性、高附著力和環(huán)境友好等優(yōu)點。
[0014]2)本發(fā)明得到的導(dǎo)電紙相對于玻璃和聚合物襯底，具有生物可降解性，良好的熱穩(wěn)定性和彎折穩(wěn)定性。
[0015]3)本發(fā)明得到的導(dǎo)電紙不需要高溫加熱和光學(xué)膠層，膜厚可控、工藝簡單、易于實施。
【附圖說明】
[0016]圖1納米纖維素的掃描電子顯微鏡照片；
圖2納米纖維素和銀納米線復(fù)合的透射電子顯微鏡照片；
圖3納米纖維素和銀納米線復(fù)合的導(dǎo)電紙的透光率。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細說明:
實施例一:具體步驟如下:
取0.5g質(zhì)量百分比為2.93%的納米纖維素水分散液，用去離子稀釋至質(zhì)量百分比為
0.01%，超聲15min ;取0.586g質(zhì)量百分比為0.3%的銀納米線分散液，用去離子水稀釋至質(zhì)量百分比為0.014%，滴入2mL羧甲基纖維素，把稀釋后的銀納米線分散液緩慢滴入納米纖維素水分散液中，均勻分散后形成納米纖維素與銀納米線的質(zhì)量比為1:1的混合液，加入到壓濾擠出機中，在IMPa的壓力作用下，擠出脫水，壓濾完成后將濕膜夾在兩個玻璃板中間，125°C真空干燥10分鐘，得到柔性透明導(dǎo)電紙。所得導(dǎo)電紙厚度為120 μπι，方塊電阻為
1.9ohm/sq，550nm波長處的透光性為86.41% (圖3)。
[0018]實施例二:具體步驟如下:
取0.5g質(zhì)量百分比為2.93%的納米纖維素水分散液，用去離子稀釋至質(zhì)量百分比為0.01%，超聲15min ;取0.310g質(zhì)量百分比為0.3%的銀納米線分散液，用去離子水稀釋至質(zhì)量百分比為0.014%，滴入2mL羥乙基纖維素，把稀釋后的銀納米線分散液緩慢滴入納米纖維素水分散液中，均勻分散后形成納米纖維素與銀納米線的質(zhì)量比為1:0.4的混合液，加入到壓濾擠出機中，在IMPa的壓力作用下，擠出脫水，壓濾完成后將濕膜夾在兩個玻璃板中間，125°C真空干燥10分鐘，得到柔性透明導(dǎo)電紙。所得導(dǎo)電紙厚度為100 μπι，方塊電阻為28ohm/sq，550nm波長處的透光性為93.63% (圖3)。
[0019]盡管本發(fā)明的方案已公開如上，但對于所屬本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可以容易的對這些實施實例做出各種修改。因此，本發(fā)明不限于這里的實施實例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對本發(fā)明做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種納米纖維素/銀納米線復(fù)合的柔性透明導(dǎo)電紙的制備方法，其特征在于包含如下步驟: A.將質(zhì)量百分比為0.5-3.0%的納米纖維素水分散液均勻混合，經(jīng)過細胞粉碎處理后，把直徑為50-80nm，長度為5_15 μ m的銀納米線分散液加入到納米纖維素分散液中，加入質(zhì)量百分比為0.1-0.3%黏結(jié)劑3-5g攪拌均勻，均勻分散后形成納米纖維素與銀納米線的質(zhì)量比為1:1~1:0.1的混合液； B.將混合分散液用去離子水稀釋，得到質(zhì)量百分比為0.01-0.05%的水分散液，置于抽濾腔中，壓濾擠出成紙，銀納米線半埋在納米纖維素網(wǎng)絡(luò)中，形成致密網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的濕膜； C.將得到的濕膜在溫度100~200°C下真空干燥10~20分鐘，得到納米纖維素和銀納米線復(fù)合的柔性透明導(dǎo)電紙，厚度為100-120 μ m。
2.如權(quán)利要求1所述的納米纖維素/銀納米線復(fù)合的柔性透明導(dǎo)電紙的制備方法，其特征在于所述的黏結(jié)劑為羧甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素的一種或幾種混合。
3.如權(quán)利要求1所述的納米纖維素/銀納米線復(fù)合的柔性透明導(dǎo)電紙的制備方法，其特征在于所述的纖維素為竹纖維、木纖維、麻纖維、棉纖維、海藻纖維、滸苔纖維、蒜皮纖維中的一種或幾種混合；得到的納米纖維素直徑為20~40nm，長度為1~5 μπι。
4.如權(quán)利要求1所述的納米纖維素/銀納米線復(fù)合的柔性透明導(dǎo)電紙的制備方法，其特征在于所述的導(dǎo)電紙方塊電阻的范圍為1.9~28 ohm/sq，550nm波長透光率大于85%，且彎折300次后其透光率和方阻保持不變。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種納米纖維素和銀納米線復(fù)合的柔性透明導(dǎo)電紙的制備方法，所述的導(dǎo)電紙是由納米纖維素與銀納米線復(fù)合抄造而成，從植物纖維中分離制備納米纖維素水分散液，并與銀納米線水分散液均勻混合，采用壓濾擠出法制備得到致密的透明柔性導(dǎo)電紙，銀納米線半埋在納米纖維素網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中構(gòu)成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，納米纖維素起到導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的骨架作用，有效提高了導(dǎo)電紙的機械穩(wěn)定性。本發(fā)明制備的柔性透明導(dǎo)電紙具有低方塊電阻，高透光性、附著牢固而且高柔韌性的優(yōu)點，在鋰離子電池，太陽能薄膜電池，有機發(fā)光二極管，柔性超級電容器等光電器件領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
【IPC分類】H01B13-00
【公開號】CN104867621
【申請?zhí)枴緾N201510206622
【發(fā)明人】馮欣, 宋媛園, 施利毅, 曹紹梅, 苗苗, 方建慧
【申請人】上海大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年4月28日