一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復(fù)合薄膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復(fù)合薄膜的制備方法，包括：將聚二甲基硅氧烷PDMS薄膜進行預(yù)拉伸，固定以及清洗處理，得到預(yù)拉伸的PDMS薄膜，然后置于加熱臺上，并噴涂銀納米線溶液，150～220℃退火20～60min；將預(yù)聚合的PDMS溶于溶劑中，得到PDMS旋涂液；然后旋涂在退火處理得到的表面噴有AgNWs的預(yù)拉伸PDMS薄膜上，烘干，去除預(yù)拉伸，得到銀納米線/聚二甲基硅氧烷復(fù)合薄膜。本發(fā)明的方法工藝簡單，得到的薄膜同時具有良好的拉伸性能、透明性和導(dǎo)電性，在柔性電子，智能服裝等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復(fù)合薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于柔性電子材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復(fù)合薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息技術(shù)的發(fā)展，對柔性電子器件的需求變得十分迫切。然而，傳統(tǒng)的剛性電子導(dǎo)體限制了柔性電子器件的發(fā)展，因為在反復(fù)拉伸和彎曲的過程中，導(dǎo)電性是不穩(wěn)定的。為了解決這個問題，許多類型的柔性導(dǎo)電復(fù)合材料，最近已成功地制備和應(yīng)用于柔性電子器件，如可變形天線，電容器，傳感器，可拉伸的太陽能電池，電子皮膚等。
[0003]材料拉伸過程中，為了使材料在適應(yīng)較大的機械形變的同時又維持材料的電性能和穩(wěn)定性，材料本身或結(jié)構(gòu)就需要具有伸縮性。對于這一問題，傳統(tǒng)方法是將剛性導(dǎo)體設(shè)計成新的形狀，然后通過封裝在彈性材料上實現(xiàn)可拉伸性能，這就需要優(yōu)化導(dǎo)體設(shè)計和精確的圖案結(jié)構(gòu)。目前的趨勢是將可拉伸納米材料制作在彈性基底上，使整體作為電學(xué)和可拉伸材料，例如石墨稀、碳納米管、金屬納米線等最近在這一領(lǐng)域備受關(guān)注。碳納米材料已在可拉伸導(dǎo)體領(lǐng)域成為主要研究課題，然而，它們的導(dǎo)電性較差。銀納米線(AgNWs)比碳納米材料或其他金屬納米線的導(dǎo)電性更好，AgNWs的電導(dǎo)率至少比單壁碳納米管(SWNTs)高一個數(shù)量級，比石墨烯高三個數(shù)量級，而且AgNWs還具有很好的柔性。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是性能優(yōu)良的彈性材料，它具有很好的拉伸性和持久性，同時具有很好的透明度，制作過程也簡單、便宜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復(fù)合薄膜的制備方法，該方法制備工藝簡單，成本低，使薄膜同時具有良好的拉伸性能、透明性和導(dǎo)電性。
[0005]本發(fā)明的一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復(fù)合薄膜的制備方法，包括:
[0006](丨)將聚二甲基硅氧烷PDMS薄膜進行預(yù)拉伸，固定以及清洗處理，得到預(yù)拉伸的TOMS薄膜；
[0007](2)將步驟(I)中預(yù)拉伸的PDMS薄膜水平放置在加熱臺上，并噴涂銀納米線溶液，150?220°C低溫退火20?60min;
[0008](3)將預(yù)聚合的PDMS溶于溶劑中，得到I3DMS旋涂液;然后將旋涂液旋涂在步驟(2)中退火處理得到的表面噴有AgNWs的預(yù)拉伸PDMS薄膜上，然后放入真空烘箱烘干，去除預(yù)拉伸，得到銀納米線/聚二甲基硅氧烷復(fù)合的可拉伸透明導(dǎo)電薄膜。
[0009]所述步驟(I)中PDMS薄膜的厚度為0.3?1mm。
[0010]所述步驟(I)中預(yù)拉伸比例為30%?80%;清洗為紫外臭氧清洗機處理，處理時間為10?40min。
[0011]所述步驟(2)中加熱臺的溫度為40?80°C。
[0012]所述步驟(2)中銀納米線溶液的濃度為0.3?1.2mg/ml，用量為0.6?3.2ml/cm20
[0013]所述步驟(3)中預(yù)聚合的TOMS的制備方法:將PDMS前驅(qū)體溶液放在溫度為40?900C的烘箱中放20?50min固化，得到預(yù)聚合的I3DMS;其中，PDMS前驅(qū)體溶液是將購買的美國道康寧DC184硅橡膠中的主劑PDMS與固化劑按質(zhì)量比10:1混合得到。
[0014]所述步驟(3)中溶劑為二氯甲烷;PDMS旋涂液中預(yù)聚合的PDMS與二氯甲烷的質(zhì)量比為 1:40 ?1:120。
[0015]所述步驟(3)中旋涂的轉(zhuǎn)速為400?3000rpm，時間為10?60s。
[0016]所述烘干的溫度為80°C。
[0017]本發(fā)明將AgNWs噴涂在預(yù)拉伸的PDMS基底上，再通過在AgNWs表面旋涂一層很薄的PDMS使AgNWs鑲嵌在PDMS中，得到的AgNWs/PDMS復(fù)合薄膜具有良好的可拉伸性和導(dǎo)電性，同時透明度也可達(dá)到75%以上。
[0018]有益效果
[0019](I)本發(fā)明的制備方法簡單，成本低，適合規(guī)?；a(chǎn)；
[0020](2)本發(fā)明得到的AgNWs /I3DMS復(fù)合薄膜具有良好的可拉伸性和導(dǎo)電性，同時透明度也可達(dá)到75%以上。
【附圖說明】
[0021]圖1為實施例1制備的AgNWs/PDMS復(fù)合薄膜的場發(fā)射掃描電鏡照片；
[0022]圖2為實施例1制備的AgNWs/PDMS復(fù)合薄膜的紫外透過光譜；
[0023]圖3為實施例1制備的AgNWs/PDMS復(fù)合薄膜拉伸50%的數(shù)碼照片；其中，3A為拉伸前，3B為拉伸后；
[0024]圖4為實施例1制備的AgNWs/PDMS復(fù)合薄膜拉伸至50%的電阻隨應(yīng)變變化圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0026]實施例1
[0027]將厚度是0.48mm的PDMS薄膜經(jīng)乙醇超聲清洗后，預(yù)拉伸80%并固定，放入紫外臭氧清洗機處理30min，水平放在溫度為70°C的熱臺上，將已配制好的濃度是0.65mg/ml的銀納米線溶液噴涂在PDMS薄膜上，用量為1.2ml/cm2，然后190°C退火30min，得到表面噴有AgNWs的預(yù)拉伸PDMS薄膜。將PDMS前驅(qū)體溶液放在溫度為60 °C的烘箱中放30min固化，得到預(yù)聚合的PDMS，按質(zhì)量比1:60的比例將預(yù)聚合的PDMS溶于二氯甲烷中，得到PDMS旋涂液，以3000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂30s，將TOMS旋涂液旋涂在上述得到的表面噴有AgNWs的預(yù)拉伸PDMS薄膜上，然后放入80°C真空烘箱烘干，最后去除預(yù)拉伸，得到AgNWs/PDMS復(fù)合的可拉伸透明導(dǎo)電薄膜。圖1是AgNWs/PDMS復(fù)合的可拉伸透明導(dǎo)電薄膜的場發(fā)射掃描電鏡照片，可以看出AgNWs經(jīng)退火后已連接在一起，并鑲嵌在PDMS表面。圖2是AgNWsA3DMS復(fù)合的可拉伸透明導(dǎo)電薄膜的紫外透射光譜，從圖中可以看出AgNWs/PDMS薄膜的透過率可以達(dá)到75 %。圖3是AgNWs/HMS復(fù)合的可拉伸透明導(dǎo)電薄膜拉伸50 %的數(shù)碼照片。圖4是AgNWs/HMS復(fù)合的可拉伸透明導(dǎo)電薄膜拉伸至50%的電阻隨應(yīng)變變化圖，從圖中可以看出循環(huán)拉伸100次以后，拉伸至50%時，電阻已基本穩(wěn)定。
[0028]實施例2
[0029]將厚度是0.3mm的PDMS薄膜經(jīng)乙醇超聲清洗后，預(yù)拉伸50%并固定，放入紫外臭氧清洗機處理1min，水平放在溫度為40 °C的熱臺上，將已配制好的濃度是0.30mg/ml的銀納米線溶液噴涂在PDMS薄膜上，用量為2.4ml/cm2，然后150 °C退火20min，得到表面噴有AgNWs的預(yù)拉伸PDMS薄膜。將PDMS前驅(qū)體溶液放在溫度為40 °C的烘箱中放50min固化，得到預(yù)聚合的PDMS，按質(zhì)量比1:80的比例將預(yù)聚合的PDMS溶于二氯甲烷中，得到PDMS旋涂液，以400rpm的轉(zhuǎn)速旋涂10s，將PDMS旋涂液旋涂在上述得到的表面噴有AgNWs的預(yù)拉伸TOMS薄膜上，然后放入80 °C真空烘箱烘干，最后去除預(yù)拉伸，得到AgNWs/PDMS復(fù)合的可拉伸透明導(dǎo)電薄膜。由于PDMS薄膜厚度減小，使其強度比實施例1有所降低，旋涂時轉(zhuǎn)速降低、時間減少使表面旋涂的PDMS層變厚，降低了 AgNWs/PDMS薄膜的導(dǎo)電性，拉伸100次所測得拉伸50 %時的電阻要比實施例1中的電阻大40Ω左右，穩(wěn)定性也有所降低。
[0030]實施例3
[0031 ]將厚度是0.48mm的PDMS薄膜經(jīng)乙醇超聲清洗后，預(yù)拉伸80 %并固定，放入紫外臭氧清洗機處理20min，水平放在溫度為80°C的熱臺上，將已配制好的濃度是1.20mg/ml的銀納米線溶液噴涂在PDMS薄膜上，用量為0.6ml/cm2，然后220°C退火30min，得到表面噴有AgNWs的預(yù)拉伸PDMS薄膜。將PDMS前驅(qū)體溶液放在溫度為60 °C的烘箱中放30min固化，得到預(yù)聚合的PDMS，按質(zhì)量比1: 120的比例將預(yù)聚合的TOMS溶于二氯甲烷中，得到I3DMS旋涂液，以100rpm的轉(zhuǎn)速旋涂60s，將TOMS旋涂液旋涂在上述得到的表面噴有AgNWs的預(yù)拉伸TOMS薄膜上，然后放入80°C真空烘箱烘干，最后去除預(yù)拉伸，得到AgNWs/PDMS復(fù)合的可拉伸透明導(dǎo)電薄膜。PDMS旋涂液中預(yù)聚合PDMS與二氯甲烷的比例增加，使旋涂的PDMS層變薄，強度降低，AgNWs易脫落，測量拉伸至60%時的電阻，拉伸100次測得電阻要比實施例1中的電阻大60 Ω左右，穩(wěn)定性降低。
[0032]實施例4
[0033]將厚度是1.0Omm的PDMS薄膜經(jīng)乙醇超聲清洗后，預(yù)拉伸80 %并固定，放入紫外臭氧清洗機處理40min，水平放在溫度為70°C的熱臺上，將已配制好的濃度是0.65mg/ml的銀納米線溶液噴涂在PDMS薄膜上，用量為3.2ml/cm2，然后190°C退火60min，得到表面噴有AgNWs的預(yù)拉伸PDMS薄膜。將PDMS前驅(qū)體溶液放在溫度為60 °C的烘箱中放30min固化，得到預(yù)聚合的PDMS，按質(zhì)量比1:60的比例將預(yù)聚合的PDMS溶于二氯甲烷中，得到PDMS旋涂液，以3000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂30s，將TOMS旋涂液旋涂在上述得到的表面噴有AgNWs的預(yù)拉伸PDMS薄膜上，然后放入80°C真空烘箱烘干，最后去除預(yù)拉伸，得到AgNWs/PDMS復(fù)合的可拉伸透明導(dǎo)電薄膜。由于PDMS薄膜厚度增加，使其強度相對于實施例1有所提高，并且噴涂時銀納米線溶液用量比實施例1多，AgNWs/PDMS薄膜導(dǎo)電性提高，測量拉伸至70 %時的電阻，拉伸100次測得的電阻要比實施例1中的電阻小50 Ω左右，但是透過率比實施例1低60 %左右，而且穩(wěn)定性降低。
[0034]實施例5
[0035]將厚度是0.48mm的PDMS薄膜經(jīng)乙醇超聲清洗后，預(yù)拉伸30%并固定，放入紫外臭氧清洗機處理30min，水平放在溫度為60°C的熱臺上，將已配制好的濃度是0.65mg/ml的銀納米線溶液噴涂在PDMS薄膜上，用量為1.2ml/cm2，然后170°C退火40min，得到表面噴有AgNWs的預(yù)拉伸PDMS薄膜。將PDMS前驅(qū)體溶液放在溫度為90 °C的烘箱中放20min固化，得到預(yù)聚合的PDMS，按質(zhì)量比1:40的比例將預(yù)聚合的PDMS溶于二氯甲烷中，得到PDMS旋涂液，以2000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂40s，將TOMS旋涂液旋涂在上述得到的表面噴有AgNWs的預(yù)拉伸PDMS薄膜上，然后放入80°C真空烘箱烘干，最后去除預(yù)拉伸，得到AgNWs/PDMS復(fù)合的可拉伸透明導(dǎo)電薄膜。由于對PDMS薄膜預(yù)拉伸程度降低，I3DMS旋涂液中預(yù)聚合PDMS與二氯甲烷的比例提高，導(dǎo)致旋涂的I3DMS層厚度增加，AgNWs/PDMS薄膜導(dǎo)電性降低，測量拉伸至50%時的電阻，拉伸100次測得電阻要比實施例1中的電阻大60 Ω左右，穩(wěn)定性降低。
【主權(quán)項】
1.一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復(fù)合薄膜的制備方法，包括: (1)將聚二甲基硅氧烷TOMS薄膜進行預(yù)拉伸，固定以及清洗處理，得到預(yù)拉伸的PDMS薄膜； (2)將步驟(I)中預(yù)拉伸的PDMS薄膜置于加熱臺上，并噴涂銀納米線溶液，150?220°C退火20?60min; (3)將預(yù)聚合的PDMS溶于溶劑中，得到PDMS旋涂液;然后將旋涂液旋涂在步驟(2)中退火處理得到的表面噴有AgNWs的預(yù)拉伸PDMS薄膜上，烘干，去除預(yù)拉伸，得到銀納米線/聚二甲基硅氧烷復(fù)合薄膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中PDMS薄膜的厚度為0.3?1mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中預(yù)拉伸比例為30%?80%;清洗為紫外臭氧清洗機處理，處理時間為10?40mino4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中加熱臺的溫度為40?80°C。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟⑵中銀納米線溶液的濃度為0.3?I.2mg/ml，用量為0.6?3.2ml/cm2。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中預(yù)聚合的PDMS的制備方法:將PDMS前驅(qū)體溶液放在溫度為40?90 °C的烘箱中放20?50min固化，得到預(yù)聚合的PDMS。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中溶劑為二氯甲烷;PDMS旋涂液中預(yù)聚合的PDMS與二氯甲烷的質(zhì)量比為1:40?1:120。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銀納米線/聚二甲基硅氧烷復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中旋涂的轉(zhuǎn)速為400?3000rpm，時間為10?60s。
【文檔編號】C09D183/04GK106084268SQ201610422579
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月15日 公開號201610422579.X, CN 106084268 A, CN 106084268A, CN 201610422579, CN-A-106084268, CN106084268 A, CN106084268A, CN201610422579, CN201610422579.X
【發(fā)明人】王宏志, 范宏偉, 李克睿, 李耀剛, 張青紅, 侯成義
【申請人】東華大學(xué)