[發明專利]一種銅納米線透明導電薄膜及制備方法

在審

• 申請號: 201710487596.6
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107103945A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 李伸杰;陳艷艷;查天庸
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H01B5/14
• 分類號: H01B5/14;H01B1/02;B82Y30/00;H01B13/00
• 代理公司: 合肥金安專利事務所34114
• 代理人: 金惠貞

技術領域

本發明涉及金屬納米材料以及透明導電網絡的技術領域。特別涉及一種銅納米線透明導電薄膜及制備方法。

背景技術

透明導電薄膜在薄膜太陽能電池、平板顯示器、發光二極管、低輻射玻璃等方面有著重大的應用價值。傳統的透明導電薄膜包括銦摻雜氧化錫（ITO）、氟摻雜氧化錫（FTO）和鋁摻雜氧化鋅（AZO）制造技術已經成熟，但制備成本過高、質脆易碎，大大限制了其作為導電材料在可折疊的電子紙、有機顯示器、可穿戴設備等柔性器件上的發展。針對傳統的透明導電氧化物制作成本高的問題，銅納米線透明導電網絡由于其儲量豐富，價格低廉，從而可以大幅度的降低透明導電薄膜的制備成本。此外，銅納米線具有優異的導電性與透過率以及柔性性能，被認為是替代透明導電氧化物的新一代透明導電薄膜材料。

目前，高質量的銅納米線已經可以通過模板法、靜電紡絲法、氣相沉積法等方法合成出來，這些方法雖然具有可控性好，長徑比可調等優點，但這些方法通常在實驗室的燒瓶里面或在密閉反應器內被合成出來的，并且條件苛刻、成本較高，因此并不適合超大規模的生產，鑒于此，發展一種適合大規模合成銅納米線的方法是非常必要的。

現有技術公開了一種合成不同長徑比的銅納米線的方法，但是該方法使用高溫容器難以實現大規模生產。

發明內容

為了提高銅納米線透明導電薄膜的質量，降低銅納米線透明導電薄膜的成本，實現大規模生產，本發明提供一種銅納米線透明導電薄膜及制備方法。

一種銅納米線透明導電薄膜，所述銅納米線透明導電薄膜內的銅納米線分布均勻，銅納米線直徑為40～50 nm，長度為40～90 μm，長徑比為300～1700，納米線終端無顆粒，無團聚現象；銅納米線透明導電薄膜的透過率86%時，方阻低至30歐姆/□。

制備銅納米線透明導電薄膜的操作步驟如下：

（1）將二價銅離子鹽和葡萄糖加入水混合，配制成體積為0.5 L～1 L的溶液A，將油胺和油酸溶加入無水乙醇混合，配制成體積為0.1 L～0.5 L的溶液B；

所述二價銅離子鹽：葡萄糖：油胺：油酸的摩爾比用量為1:：0.5～2：3～8：0.03～0.15；

（2）將溶液A和溶液B混合，加水稀釋至1L～24L，溫度40～60 ℃下攪拌4～12小時，得到溶液C；

（3）將溶液C在宏量反應容器中，壓力為0.12 MPa～0.18MPa，反應2～12小時，得到長徑比不同的銅納米線粗溶液；

（4）將銅納米線粗溶液和聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液混合，離心洗滌數次，經濕法加工技術在基底上面成膜；

所述聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液中聚乙烯吡咯烷酮的質量分數為3%～8%；

所述銅納米線粗溶液和聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液的體積比為1：0.5～10；

（5）在惰性氣體氛圍下，經高溫退火獲得銅納米線透明導薄膜。

進一步限定的技術方案如下：

步驟（1）中，所述二價銅離子鹽：葡萄糖：油胺：油酸的摩爾比用量為1：1：6：0.06。

步驟（3）中，所述的宏量反應容器為電壓力鍋、普通壓力鍋。

所述聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量為8000或24000或55000或130000。

步驟（4）中，所述濕法加工技術包括噴涂、旋涂、絲網印刷、刮涂、噴墨打印或垂直提拉法。

步驟（4）中，所述基底的材料為玻璃、塑料基片、木材、陶瓷或硅片。

本發明的有益技術效果體現在以下方面：

1.本發明制得的銅納米線透明導電薄膜具有制備成本低，光學及導電性能好，透過率高達86%的同時，方阻低至30歐姆/□，在太陽能電池、觸摸屏、防靜電涂層等光電器件領域有重大的應用價值。

2.本發明制備方法，采用電壓力鍋為反應容器，可宏量制備銅納米線，制備的銅納米線長徑比可控，形貌均勻，分散性好；制得的銅納米線透明導電薄膜透過率高，導電性好，其性能接近甚至超過傳統的ITO，本發明制備的銅納米線透明導電薄膜并可使用柔性材料作為基地，克服了傳統透明導電氧化物質脆易碎的缺點，在可折疊的電子紙、有機顯示器、可穿戴設備等柔性器件上的具有巨大的發展前景。

附圖說明

圖1為實施例1中制備的銅納米線的掃描電子顯微鏡（SEM）圖。

圖2為實施例1中制備的銅納米線的于不同放大倍數下的透射電子顯微鏡（TEM）圖。

圖3為實施例1中制備的銅納米線的X射線衍射（XRD）圖。