一种用于制备导电薄膜的纳米银线分散液

摘要

本发明提出了一种用于制备导电薄膜的纳米银线分散液，包括以下重量份的材料：纳米银线2～4重量份、水溶性高分子聚合物8～10重量份和水100重量份；其中，所述纳米银线的长径比为1100～1200；所述水溶性高分子聚合物为丙烯‑丙烯酸酯共聚物，其数均分子量为2600～2800g/mol。本案所涉及的纳米银线分散液性质稳定，可长期储存，不团聚，不沉降；相溶性好，易分散于各类溶剂，在生产导电薄膜时，在具有一定粘度的体系中分散性能优异；具备再分散能力，即使该分散液在超出保质期后，发生团聚，也易于再次悬浮分散于各类溶剂体系中。

权利要求

1.一种用于制备导电薄膜的纳米银线分散液，包括以下重量份的材料：纳米银线              2～4重量份；

水溶性高分子聚合物    8～10重量份；

水                    100重量份；

其中，所述纳米银线的长径比为1100～1200；

所述水溶性高分子聚合物为丙烯-丙烯酸酯共聚物，其数均分子量为2600～2800g/mol；

所述丙烯-丙烯酸酯共聚物中，丙烯含量为35～40wt％。

2.如权利要求1所述的用于制备导电薄膜的纳米银线分散液，其特征在于，所述丙烯-丙烯酸酯共聚物中，丙烯含量为37～38wt％。

3.如权利要求1所述的用于制备导电薄膜的纳米银线分散液，其特征在于，所述纳米银线的长径比为1150～1160。

4.如权利要求1所述的用于制备导电薄膜的纳米银线分散液，其特征在于，还包括

0.003～0.005重量份的氟化锂。

5.如权利要求1所述的用于制备导电薄膜的纳米银线分散液，其特征在于，还包括1～3重量份的丙三醇和0.001～0.003重量份的四氢呋喃。

6.如权利要求1所述的用于制备导电薄膜的纳米银线分散液，其特征在于，还包括

0.001～0.003重量份的对硝基苯磺酸钾。

7.如权利要求1所述的用于制备导电薄膜的纳米银线分散液，其特征在于，还包括

0.001～0.003重量份的硼酸钠。

8.如权利要求1所述的用于制备导电薄膜的纳米银线分散液，其特征在于，还包括

0.0001～0.0003重量份的琼脂。

说明书

一种用于制备导电薄膜的纳米银线分散液

技术领域

[0001] 本发明涉及一种纳米银线分散液，尤其涉及一种用于制备导电薄膜的纳米银线分散液。

背景技术

[0002] 上世纪60年代以来，透明导电薄膜以及一些其他的透明导电材料应运而生。但是目前应用最为广泛的透明导电膜是在玻璃、陶瓷等硬质材料上制备的，存在质脆、不易形变、质重等缺点，并且大尺寸玻璃等硬质材料不易制备，限制了透明导电膜的应用。并且其透明导电膜是由ITO等氧化物材料作为主体制备的。ITO制备的透明导电膜由于材料原因存在很多限制：首先，其制备的透明导电膜的平均电阻较大，且现有技术下无法得到降低；其次，ITO制备的透明导电膜不易形变，不能折叠；再次ITO的原材料稀缺，其价格昂贵，且制备ITO透明导电膜需要的仪器价格昂贵；而且，ITO制备的透明导电膜其尺寸只能达到12.5英寸。

[0003] 与之相对的是，在有机柔性基材上制备的柔性透明导电薄膜，不仅具有相同的光电特性，而且具有许多独特优点，如可弯曲、不易破碎、质轻、可以制备各种尺寸、形状且可以卷对卷方式连续生产，提高了生产效率、便于运输。随着电子器件与电子产品朝轻便化方向发展，柔性透明导电薄膜终将取代硬质透明导电薄膜。

[0004] 现有技术中，通常采用纳米银线作为导电添加材料在整个柔性材料中形成导电网络来制备柔性透明导电薄膜。但是纳米银线作为一种重要的生产原料，仍存在很多不足之处：包括在柔性透明导电薄膜中的分布不均匀以及纳米银线材料自身无法长期稳定，易团聚等。

发明内容

[0005] 针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供了一种用于制备导电薄膜的纳米银线分散液，其可以长期稳定储存，不沉降，不团聚，适用于量产，且在制备导电薄膜时，具有易分散等优点。

[0006] 本案的技术方案如下：

[0007] 一种用于制备导电薄膜的纳米银线分散液，包括以下重量份的材料：

[0008] 纳米银线               2～4重量份；

[0009] 水溶性高分子聚合物     8～10重量份；

[0010] 水                     100重量份；

[0011] 其中，所述纳米银线的长径比为1100～1200；

[0012] 所述水溶性高分子聚合物为丙烯-丙烯酸酯共聚物，其数均分子量为2600～2800g/mol。

[0013] 优选的是，所述的用于制备导电薄膜的纳米银线分散液，其中，所述丙烯-丙烯酸酯共聚物中，丙烯含量为35～40wt％。

[0014] 优选的是，所述的用于制备导电薄膜的纳米银线分散液，其中，所述丙烯-丙烯酸酯共聚物中，丙烯含量为37～38wt％。

[0015] 优选的是，所述的用于制备导电薄膜的纳米银线分散液，其中，所述纳米银线的长径比为1150～1160。

[0016] 优选的是，所述的用于制备导电薄膜的纳米银线分散液，其中，还包括0.003～0.005重量份的氟化锂。

[0017] 优选的是，所述的用于制备导电薄膜的纳米银线分散液，其中，还包括1～3重量份的丙三醇和0.001～0.003重量份的四氢呋喃。

[0018] 优选的是，所述的用于制备导电薄膜的纳米银线分散液，其中，还包括0.001～0.003重量份的对硝基苯磺酸钾。

[0019] 优选的是，所述的用于制备导电薄膜的纳米银线分散液，其中，还包括0.001～0.003重量份的硼酸钠。

[0020] 优选的是，所述的用于制备导电薄膜的纳米银线分散液，其中，还包括0.0001～0.0003重量份的琼脂。

[0021] 本发明至少存在以下有益效果：

[0022] 1)本案所涉及的纳米银线分散液性质稳定，可长期储存，不团聚，不沉降；

[0023] 2)相溶性好，易分散于各类溶剂，在生产导电薄膜时，在具有一定粘度的体系中分散性能优异；

[0024] 3)具备再分散能力，即使该分散液在超出保质期后，发生团聚，也易于再次悬浮分散于各类溶剂体系中。

具体实施方式

[0025] 下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

[0026] 本案提出一实施例的用于制备导电薄膜的纳米银线分散液，包括以下重量份的材料：

[0027] 纳米银线               2～4重量份；

[0028] 水溶性高分子聚合物     8～10重量份；

[0029] 水                     100重量份；

[0030] 其中，纳米银线的长径比为1100～1200；水溶性高分子聚合物为丙烯-丙烯酸酯共聚物，其数均分子量为2600～2800g/mol。

[0031] 对纳米银线来说，纳米银线的长径比是一个重要参数，长径比高于1000的纳米银线在导电薄膜中的导电性能是长径比低于1000的纳米银线的几十倍，但由于对长径比高于1000的纳米银线分散工艺的不成熟，在现有技术中，还无法对长径比高于1000的纳米银线进行有效分散和再分散，常用的分散辅助剂也仅能分散长径比低于1000的纳米银线。针对长径比高于1000的纳米银线，本案通过大量实验发现了一款适用的包裹材料，即丙烯-丙烯酸酯共聚物，其为水溶性的，丙烯分子和丙烯酸酯分子交替排列，该丙烯-丙烯酸酯共聚物可以很好地包裹纳米银线，使其具备出色的分散性和稳定性，在溶剂中不团聚沉降，但需要注意的是，丙烯-丙烯酸酯共聚物的分子量应被严格限制，若其数均分子量小于2600g/mol，则由于共聚物自身的低粘度性质无法在水溶液中有效包裹住纳米银线，从而造成银线之间的团聚；若数均分子量大于2800g/mol，则由于聚合物中官能团的空间位阻效应，使得纳米银线与共聚物之间的应力升高，易导致共聚物对银线的包覆层破裂，提高分散液体系中的电荷密度，造成纳米银线的分散失败。

[0032] 作为本案另一实施例，其中，丙烯-丙烯酸酯共聚物中，丙烯含量优选为35～40wt％。实验发现，丙烯的含量也能影响共聚物对银线的包覆效果，丙烯可改善聚合物自身的韧性，从而可以更好地适应于不同电荷密度的溶剂，提高对银线的包覆强度，并且，丙烯对银线的专一性强，它与丙烯酸酯的共聚物仅表现出对银线有出色的包裹力，对纳米铜线或镍线的包裹效果则很差。实验表明，较优选的丙烯含量是35～40wt％，最优选的是37～
38wt％。偏离此范围，则在一定程度上影响纳米银线分散液的稳定性。

[0033] 作为本案又一实施例，其中，纳米银线的长径比为1150～1160。从实验结果来看，该范围内的纳米银线与共聚物的结合更坚固更稳定。

[0034] 作为本案又一实施例，其中，分散液中还包括0.003～0.005重量份的氟化锂。现有技术中认为，简单的无机离子型化合物不具备分散能力，甚至会影响银线的悬浮效果，但本案通过实验意外发现，某些无机离子型化合物，如氟化锂，只要其含量低至一定程度，就能表现出令人惊喜的分散能力。相比传统的含硅类分散剂，无机离子型化合物具有用量低，工艺简单，性能稳定，分散期长，环保无污染等优点，但氟化锂的添加量应受到限制，若氟化锂的添加量小于0.003重量份，则过低的含量无法有效调节分散液中的离子密度，无法产生有效的电荷斥力来驱动对银线的分散；若氟化锂的添加量大于0.005重量份，则在分散液体系中，静电的吸引力将占据主导，从而导致银线团聚的几率上升。

[0035] 作为本案又一实施例，其中，分散液中还包括1～3重量份的丙三醇和0.001～0.003重量份的四氢呋喃。丙三醇和四氢呋喃相较于一元醇和二元醇，具有更佳的溶解分散性能，它们可通过改变分散液体系的极性来控制包裹着银线的共聚物的分散效果，但需注意的是，丙三醇和四氢呋喃需作为一个整体存在，当仅添加两者中的一个时，则没有有益效果，并且，两者之间的添加量范围应受到限制，只有在本案通过筛选出的最优添加范围内，两者才能协效发挥作用。

[0036] 作为本案又一实施例，其中，分散液中还包括0.001～0.003重量份的对硝基苯磺酸钾。通过实验意外发现，对硝基苯磺酸钾可进一步增强纳米银线的分散性能，且可以极大地延长纳米银线的保存周期，并使得纳米银线即使发生团聚后，依然具备一定的再分散能力。而与对硝基苯磺酸钾结构相似的苯磺酸钠或苯磺酸钾或对硝基苯磺酸钠却没有这一作用，这可能是由于硝基和钾的存在改变了分散体系中的电荷分配模式，使得对硝基苯磺酸钾恰好匹配于本案的分散液体系。当然，对硝基苯磺酸钾的添加量更加应该被严格限制。

[0037] 作为本案又一实施例，其中，还包括0.001～0.003重量份的硼酸钠。硼酸钠可提高纳米银线的再分散能力，并且它可使得纳米银线即使包裹的共聚物发生意外破损，也可保证纳米银线分散液至少在100小时内，不发生团聚和沉降，从而在另一方面极大地提升了该分散液的综合稳定性能。但硼酸钠的添加量应受到限制，不合适的添加量反而会影响其他辅助剂的性能发挥。

[0038] 作为本案又一实施例，其中，还包括0.0001～0.0003重量份的琼脂。现有技术中，纳米银线的饱和浓度较低，这限制了它在工业中的应用范围，本案通过实验发现，琼脂可提高纳米银线在分散液中的溶解度，即可以提升纳米银线的饱和浓度，从而可以摆脱必须需要大量溶剂溶解的束缚，从而能够给终端产品，如导电薄膜的导电性能带来质的飞越。但由于琼脂的特殊粘性，它的添加量不仅要低，而且要限制在一个很小的范围内，否则，将适得其反，造成分散液中辅助物质与纳米银线的团聚沉降，甚至是凝结凝固。

[0039] 纳米银线的制备方法属于现有技术，步骤如下：称取10重量份的乙醇、2重量份的聚乙烯吡咯烷酮、1重量份的硝酸银以及1重量份的氯化铵或氟化铵于200℃搅拌加热20～30分钟制得纳米银线悬浊液，将纳米银线的悬浊液过滤网分离，洗涤烘干后得到纳米银线。
通过调节滤网的孔径大小，可筛选出不同长径比的纳米银线，如使用500目的滤网，即可获得长径比为1100～1200的纳米银线。

[0040] 丙烯-丙烯酸酯共聚物的制备方法也属于现有技术，可参考通用的烯烃的共聚条件。

[0041] 表一列出实施例1～8及其相应得到的分散液的性能参数：

[0042] 表一

[0043]

[0044] 在本案的所有表中，分散有效期表示从该分散液从制备出来到刚开始出现团聚沉降现象所经过的时间，它表示分散液完全悬浮分散所维持的时间。沉降期表示该分散液从刚开始出现团聚沉降到全部沉降所经过的时间，它反映出分散液的失效的速率，是反映分散液质量好坏的重要参数。再分散比例表示已全部沉降的纳米银线经再次悬浮分散后，所能够再次被分散的银线占全部沉降银线的比例，理论最大值是100％，即全部能再分散，但实际值会略低，它反映出分散液的再分散能力。再分散有效期表示从纳米银线从再次分散到再次开始发生团聚沉降所经过的时间，它直观地体现了纳米银线再分散后的稳定性，间接反映出纳米银线分散液的综合稳定性。再分散沉降期表示再次分散开的纳米银线从开始团聚沉降到完全团聚沉降所经过的时间，它反映出纳米银线经二次分散后的分散液失效的速率，可直观地体现出分散液的保质期限和稳定性能。

[0045] 表二列出实施例9～14及其相应得到的分散液的性能参数：

[0046] 表二

[0047]  实施例9 实施例10 实施例11 实施例12 实施例13 实施例14
水 100份 100份 100份 100份 100份 100份
纳米银线 2份 4份 2份 4份 2份 4份
长径比 1150 1160 1150 1160 1150 1160
丙烯-丙烯酸酯共聚物 8份 10份 8份 10份 8份 10份
丙烯含量/wt％ 37 38 37 38 37 38
数均分子量g/mol 2600 2800 2600 2800 2600 2800
氟化锂 0.003份 0.005份 0.003份 0.005份 0.003份 0.005份
丙三醇 1份 3份 1份 3份 1份 3份
四氢呋喃 0.001份 0.003份 0.001份 0.003份 0.001份 0.003份
对硝基苯磺酸钾 0.001份 0.003份 0.001份 0.003份 0.001份 0.003份
硼酸钠 0 0 0.001份 0.003份 0.001份 0.003份
琼脂 0 0 0 0 0.0001份 0.0003份
分散有效期 40天 40天 45天 45天 50天 50天
沉降期 15天 15天 16天 16天 18天 18天
再分散比例 92％ 92％ 95％ 95％ 98％ 98％
再分散有效期 30天 30天 38天 38天 42天 42天
再分散沉降期 12天 12天 13天 13天 15天 15天

[0048] 表三列出对比例1～6及其相应得到的分散液的性能参数：

[0049] 表三

[0050]

[0051] 表四列出对比例7～12及其相应得到的分散液的性能参数：

[0052] 表四

[0053]  对比例7 对比例8 对比例9 对比例10 对比例11 对比例12
水 100份 100份 100份 100份 100份 100份
纳米银线 2份 4份 2份 4份 2份 4份
长径比 1150 1160 1150 1160 1150 1160
丙烯-丙烯酸酯共聚物 8份 10份 8份 10份 8份 10份
丙烯含量/wt％ 37 38 37 38 37 38

[0054]数均分子量g/mol 2600 2800 2600 2800 2600 2800
氟化锂 0.003份 0.005份 0.003份 0.005份 0.003份 0.005份
丙三醇 1份 3份 1份 3份 1份 3份
四氢呋喃 0.001份 0.003份 0.001份 0.003份 0.001份 0.003份
对硝基苯磺酸钾 0.0005份 0.0035份 0.001份 0.003份 0.001份 0.003份硼酸钠 0 0 0.0005份 0.0035份 0.001份 0.003份
琼脂 0 0 0 0 0.00005份 0.00035份
分散有效期 34天 35天 40天 40天 42天 42天
沉降期 12天 13天 14天 14天 16天 16天
再分散比例 85％ 85％ 90％ 90％ 92％ 92％
再分散有效期 20天 20天 30天 30天 38天 37天
再分散沉降期 10天 10天 11天 11天 13天 13天

[0055] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。