超细银纳米线的制备及其透明导电薄膜涂布工艺研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:supercow
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随着柔性显示器件朝着轻薄化、可穿戴化的方向发展,银纳米线透明导电薄膜(AgNWs-TCFs)作为替代脆性铟锡氧化物透明导电膜(ITO)的材料,因其具有高导电性、高透过率、强柔韧性和低成本等优点已成为研究的一大热点。然而,目前对于高长径比、超细AgNWs的制备工艺的研究还不成熟,另外制备大尺寸AgNWs-TCFs涂布工艺还未被详细的研究,尚无法满足大规模工业化生产的需求,极大限制了AgNWs薄膜的应用。针对高长径比、超细AgNWs的制备工艺不成熟问题,本课题采用多元醇法制备超细AgNWs,重点研究了超细AgNWs制备过程中试剂纯度、溴化钠用量、溶剂以及外部添加还原剂对AgNWs的直径以及长径比的影响。随着AgNO3和NaCl纯度的增大,AgNWs直径变细,银颗粒逐渐减少;随着NaBr的增加,AgNWs的直径先减小后增加,当加入Cl-:Br-=2时,AgNWs的直径最小约为20 nm;乙二醇作为溶剂时,所制备的AgNWs直径最细;外部添加还原剂能调节还原动力学从而控制AgNWs的生长,随着加入聚酯还原剂量的增加,生成AgNWs的量先增加后减少,当加入的量为1.5 g时,AgNWs浆料中银颗粒最少。综合最优条件,最终制备出了直径约20 nm,长度约40μm,长径比约2000的超细AgNWs。针对制备大尺寸AgNWs-TCFs综合性能差、涂布工艺不成熟的问题,本课题用刮刀涂布法探索制备大尺寸、高透过、高导电的AgNWs-TCFs的最佳涂布工艺。主要从AgNWs浆料及涂布工艺参数这两个方面突破大面积涂布过程产生的涂布不均匀难题。对于AgNWs浆料的研究,主要是向浆料中掺入增稠剂以提高其稳定性和均一性从而影响薄膜的导电性,掺入少量的羧甲基纤维素(CMC)能明显提高浆料的分散性和稳定性;随着掺入CMC质量分数的增加,薄膜的透过率逐渐减小,方阻和雾度逐渐增加,当掺入CMC质量分数为0.75%,薄膜光电性能最佳。同时从涂布厚度和速度对涂布工艺设备参数进行研究,随着涂布厚度的增加,薄膜的方阻和透过率随之减少,雾度随之增大,当涂布厚度为10μm时其光电性能最佳;随着涂布速度的增加,薄膜的方阻和透过率都先增加后减小,雾度先减小后增大,当涂布速度为25 cm/min时,薄膜光电性能最好。针对涂布制备的AgNWs薄膜光电性能差的难题,本课题主要从提高透过率以及降低方阻出发提高薄膜的光电性能。研究发现降低银线直径以及纯化银线浆料,均能提高薄膜透过率;随着干燥温度的升高,干燥前后薄膜的透过率和雾度无明显变化,但其导电性明显提高,当干燥温度为110°C时,其方阻下降率最大为80.1%;处理湿度也会影响薄膜导电性,当湿度为90%时,方阻降低率最大为80.5%。综合最优工艺,最终制备出了尺寸为20×20 cm2,方阻为100Ω/sq,透过率(波长在550 nm处)为91.8%,雾度为1.23%(含基材)的大尺寸高性能AgNWs透明导电薄膜。
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