一種以銀為內(nèi)芯的納米電纜透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以銀為內(nèi)芯的納米電纜透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]染料敏化太陽能電池通常需要傳統(tǒng)的FTO或ITO導(dǎo)電玻璃作為電極材料，F(xiàn)TO或ITO導(dǎo)電玻璃由于在生產(chǎn)時(shí)需要昂貴的真空鍍膜設(shè)備，導(dǎo)致產(chǎn)品的成本較高。為了降低導(dǎo)電玻璃的成本，研宄者們發(fā)現(xiàn)將銀納米線均勻地涂布在玻璃基底上，可以獲得透光率和導(dǎo)電性可以與FTO或ITO導(dǎo)電玻璃相媲美的金屬納米線基導(dǎo)電薄膜。這是由于納米線在基底表面相互交聯(lián)在一起形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，光線可以從“網(wǎng)”的孔隙中穿過。金屬納米線基導(dǎo)電薄膜由于不需要昂貴的設(shè)備，可以采用旋涂、噴涂或印刷等多種成熟的技術(shù)大批量地生產(chǎn)，所以其成本有望大幅度地低于FTO或ITO導(dǎo)電玻璃。但是，這種低成本的金屬基透明導(dǎo)電玻璃有一些比較嚴(yán)重的缺點(diǎn)，那就是其抗腐蝕性不是很理想，導(dǎo)電性還有待進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種以銀為內(nèi)芯的納米電纜透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法。
[0004]基于上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
一種以銀為內(nèi)芯的納米電纜透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，包括如下步驟:
(1)合成銀納米線透明導(dǎo)電薄膜:將直徑為20-180納米、長度為10-60微米的銀納米線分散在無水乙醇中，形成銀納米線分散液，利用旋轉(zhuǎn)涂膜(Lee, J.Y.; Connor, S.T.; Cuij Y.; Peumansj P.Solut1n- processed metal nanowire mesh transparentelectrodes.Nano Lett.2008，8，689 - 692 )或線棒涂布方法(Rathmell A R，WileyB J.The synthesis and coating of long, thin copper nanowires to make flexible,transparent conducting films on plastic substrates.Advanced Materials, 2011，23(41): 4798-4803)在透明基底表面涂布一層銀納米線分散液，干燥后得到以銀納米線為導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的透明導(dǎo)電薄膜；
(2)銀-鎳納米電纜透明導(dǎo)電薄膜的制備:以含有10-230g/L六水合硫酸鎳、2-4g/L氯化鈉、0.05-0.2 g/L十二烷基硫酸鈉、25-35g/L硼酸的水溶液為電鍍液，以金屬鎳或惰性石墨為陽極，以銀納米線透明導(dǎo)電薄膜為陰極，在電鍍液中通過電沉積將金屬鎳電沉積到銀納米線的表面，從而獲得鍍層均勻的銀-鎳納米電纜透明導(dǎo)電薄膜；
(3)銀-鎳-鉑納米電纜透明導(dǎo)電薄膜的制備:在含有0.001-0.003mol/L氯鉑酸和0.05-0.3mol/L高氯酸鋰的乙醇溶液中，以鉬金屬片為陽極，以銀-镲納米電纜透明導(dǎo)電薄膜為陰極，利用電沉積方法將金屬鉑電沉積到銀-鎳納米電纜的表面，即得銀-鎳-鉑納米電纜透明導(dǎo)電薄膜。
[0005]所述步驟(I)中銀納米線乙醇分散液的濃度為2-6mg/mL。
[0006]所述步驟(I)中透明基底為硅酸玻璃、石英玻璃、陶瓷或塑料。
[0007]所述電沉積方法為直流恒電位電沉積、直流恒電流電沉積、脈沖電沉積或循環(huán)伏安電沉積。
[0008]直流恒電位電沉積時(shí)電壓為1.2-15 V，溫度為10-95°C，電沉積時(shí)間為1_300秒。
[0009]所述制備方法制得的以銀為內(nèi)芯的納米電纜透明導(dǎo)電薄膜。
[0010]所述銀芯的直徑為10-180納米，鎳層為50-800納米，鉑層為2-100納米。
[0011]本發(fā)明將銀納米線利用旋轉(zhuǎn)涂膜方法或線棒涂布方法在透明玻璃(或柔性透明塑料)表面涂覆一層以銀納米線為導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的透明導(dǎo)電薄膜。然后，以金屬鎳為陽極，在含有鎳離子的電鍍液中，以銀納米線基透明導(dǎo)電薄膜為陰極，利用電沉積方法在銀納米線透明導(dǎo)電薄膜的納米線表面沉積一層致密均勻的金屬鎳外殼，從而形成以銀為電纜內(nèi)芯的銀-鎳納米電纜透明薄膜。電沉積時(shí)可以通過控制沉積條件來控制電沉積鎳外殼的厚度，而避免大幅度降低銀納米線透明薄膜的透光率。這樣的電沉積層不僅能大幅度地提高金屬納米線基導(dǎo)電薄膜的耐腐蝕性，而且還能使其仍具有與FTO導(dǎo)電玻璃相媲美的透光率和導(dǎo)電性。以相似的方法，在含有鉑離子的電鍍液中，以銀-鎳納米電纜透明導(dǎo)電薄膜為陰極，利用電沉積方法在銀-鎳納米電纜的表面沉積一層鉑外殼，電沉積時(shí)可以通過控制沉積條件來控制鉑沉積層的厚度，從而形成具有鉑修飾層的銀-鎳-鉑納米電纜透明薄膜。本發(fā)明的銀-鎳、銀-鎳-鉑納米電纜透明導(dǎo)電薄膜耐腐蝕、導(dǎo)電性好、透光率高，能夠替代取代傳統(tǒng)的ITO或FTO導(dǎo)電玻璃。該新型透明納米電纜薄膜電極材料除了可以應(yīng)用到染料敏化太陽能電池外，也有望應(yīng)用到液晶顯示器、發(fā)光二極管、光電探測器等光電子器件中。
【附圖說明】
[0012]圖1為銀-鎳-鉑納米電纜透明導(dǎo)電薄膜的模擬結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為銀-鎳-鉑納米電纜透明導(dǎo)電薄膜的透射電鏡(左)及元素分布圖(右)；
圖3為銀-鎳-鉑納米電纜透明導(dǎo)電薄膜的掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此。
[0014]實(shí)施例1銀-鎳納米電纜透明薄膜的制備
第一步，合成銀納米線透明導(dǎo)電薄膜:將直徑為65納米左右、長度為10-35微米的銀納米線分散在無水乙醇中，形成含銀量2 mg/ml的銀納米線分散液。利用旋轉(zhuǎn)涂膜(Lee，J.Y.; Connor, S.T.; Cuij Y.; Peumansj P.Solut1n- processed metal nanowire meshtransparent electrodes.Nano Lett.2008, 8，689 - 692 )或線棒涂布方法(RathmellA Rj Wiley B J.The synthesis and coating of long, thin copper nanowires tomake flexible, transparent conducting films on plastic substrates.AdvancedMaterials, 2011, 23(41): 4798-4803)在透明石英玻璃(2 毫米厚，5 X 5cm2)表面涂布一層銀納米線分散液，在120°C的烘箱中干燥30分鐘，最終形成一層以銀納米線為導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的透明導(dǎo)電薄膜。
[0015]第二步，在銀納米線上電沉積鎳層:以金屬鎳為陽極，以銀納米線透明導(dǎo)電薄膜為陰極，以含有140 g/L六水硫酸鎳、3 g/L氯化鈉、0.1 g/L十二烷基硫酸鈉、30 g/L硼酸的水溶液為電鍍液，將鎳電沉積到銀納米線的表面(恒電位電沉積，電沉積時(shí)直流電源的電壓為4伏)，從而獲得鍍層均勻的銀-鎳納米電纜薄膜，電纜外殼的厚度可通過多電沉積時(shí)間的長短來控制，電沉積時(shí)間為5秒鐘時(shí)鎳鍍層的厚度約為60納米，方塊電阻小于20歐姆、薄膜的透光率大于72%。
[0016]實(shí)施例2銀-鎳-鉑納米電纜透明薄膜的制備
第一步，合成銀-鎳納米電纜透明薄膜(具體步驟見實(shí)施例1)。
[0017]第二步，銀-鎳納米電纜上電沉積鉑層:以鉑金屬片為陽極，以銀-鎳納米電纜透明導(dǎo)電薄膜為陰極，在含有0.002 mol/L氯鉑酸和0.1 mol/L高氯酸鋰的無水乙醇溶液中，利用直流電源在電壓為4伏的條件下進(jìn)行恒電位電沉積，將金屬鉑電沉積到銀-鎳納米電纜的表面(電沉積時(shí)間為10秒鐘時(shí)得到的鉑鍍層的平均厚度約為2納米)，從而獲得銀-鎳-鉑納米電纜薄膜，圖2為銀-鎳-鉑納米電纜透明導(dǎo)電薄膜的透射電鏡(左)及元素分布圖(右)；圖3為銀-鎳-鉑納米電纜透明導(dǎo)電薄膜的掃描電鏡圖，由圖2和圖3可知，納米電纜的內(nèi)芯是直徑為65納米的銀納米線，鎳-鉑殼層的厚度約為62納米，整個(gè)電纜的直徑為189納米左右，電纜的長度為10-35微米。
[0018]通過上述方法，可獲得方塊電阻小于20歐姆、透光率大于72%、具有金屬鎳的耐腐蝕性且具有鉑的催化性能的銀-鎳-鉑納米電纜透明薄膜材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種以銀為內(nèi)芯的納米電纜透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)合成銀納米線透明導(dǎo)電薄膜:將直徑為20-180納米、長度為10-60微米的銀納米線分散在無水乙醇中，形成銀納米線分散液，利用旋轉(zhuǎn)涂膜或線棒涂布方法在透明基底表面涂布一層銀納米線分散液，干燥后得到銀納米線透明導(dǎo)電薄膜； (2)銀-鎳納米電纜透明導(dǎo)電薄膜的制備:以金屬鎳或惰性石墨為陽極，以銀納米線透明導(dǎo)電薄膜為陰極，以含有10-230 g/L六水合硫酸鎳、2-4g/L氯化鈉、0.05-0.2 g/L十二烷基硫酸鈉、25-35g/L硼酸的水溶液為電鍍液，通過電沉積方法將金屬鎳電沉積到銀納米線的表面，即得銀-鎳納米電纜透明導(dǎo)電薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以銀為內(nèi)芯的納米電纜透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，增設(shè)步驟(3)銀-鎳-鉑納米電纜透明導(dǎo)電薄膜的制備:銅納米線透明導(dǎo)電薄膜以鉑金屬片為陽極，以銀-鎳納米電纜透明導(dǎo)電薄膜為陰極，在含有0.001-0.003 mo I/L氯鉑酸和0.05-0.3 mo I/L高氯酸鋰的無水乙醇溶液中利用電沉積方法將金屬鉑電沉積到銀-鎳納米電纜的表面，即得銀-鎳-鉑納米電纜透明導(dǎo)電薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以銀為內(nèi)芯的納米電纜透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中銀納米線乙醇分散液的銀納米線濃度為2-6mg/mL。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以銀為內(nèi)芯的納米電纜透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中透明基底為硅酸玻璃、石英玻璃、陶瓷或塑料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以銀為內(nèi)芯的納米電纜透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，所述電沉積方法為直流恒電位電沉積、直流恒電流電沉積、脈沖電沉積或循環(huán)伏安電沉積。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的以銀為內(nèi)芯的納米電纜透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，直流恒電位電沉積時(shí)電壓為1.2-15V，溫度為10-95°C，電沉積時(shí)間為1-300秒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的制備方法制得的以銀為內(nèi)芯的納米電纜透明導(dǎo)電薄膜。
【專利摘要】一種以銀為內(nèi)芯的納米電纜透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法，屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將銀納米線利用旋轉(zhuǎn)涂膜方法或線棒涂布方法在透明基底表面制備一層以銀納米線為導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的透明導(dǎo)電薄膜。然后，以金屬鎳為陽極，以銀納米線基透明導(dǎo)電薄膜為陰極，在含有鎳離子的電鍍液中，利用電沉積方法在銀納米線透明導(dǎo)電薄膜的納米線表面沉積一層致密均勻的金屬鎳外殼，得到以銀為電纜內(nèi)芯的銀-鎳納米電纜透明導(dǎo)電薄膜。以相似的方法，在含有鉑離子的電鍍液中，以銀-鎳納米電纜透明導(dǎo)電薄膜為陰極，利用電沉積方法在銀-鎳納米電纜的表面沉積一層鉑外殼，從而形成具有鉑修飾層的銀-鎳-鉑納米電纜透明薄膜。
【IPC分類】C25D15-00, H01B5-14, H01B13-00, C25D3-12
【公開號】CN104616727
【申請?zhí)枴緾N201510036873
【發(fā)明人】姜奇?zhèn)? 岳根田, 譚付瑞, 李夕金, 張傳意, 張楊
【申請人】河南大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月26日