納米銀線基柔性透明導(dǎo)電膜的制備及研究進展

陳焙才 湯立文 黃石娟 李唯 吳琴

【摘 要】電子器件越來越趨向小型化、便捷式方向發(fā)展，而納米銀線基柔性透明導(dǎo)電膜將成為最具有潛力代替?zhèn)鹘y(tǒng)ITO導(dǎo)電膜的產(chǎn)品，其研究制備工藝越來越多地被報道出來。論文重點從納米銀線原料合成、納米銀導(dǎo)電膜的制備方法及優(yōu)缺點進行介紹，并簡單闡述該領(lǐng)域的最新研究成果及其應(yīng)用領(lǐng)域。最后，對納米銀線基柔性透明導(dǎo)電膜在未來發(fā)展的趨勢進行展望。

【Abstract】The development of electronic devices tends to be smaller and more convenient. Nano silver wire base flexible transparent conductive film will be the most potential product to replace the traditional ITO conductive film， and its research and preparation process has been reported more and more. The paper will mainly introduce the compose of nanocrystalline silver wire raw material， the preparation method of nano silver conductive film and their advantages and disadvantages. And it briefly introduces the latest research results in this field and their application fields. Finally， the development trend of nano silver base flexible transparent conductive film in the future is prospected.

【關(guān)鍵詞】納米銀線；透明導(dǎo)電膜；柔性；制備技術(shù)

【Keywords】nano silver wire； transparent conductive film； flexibility； preparation technology

【中圖分類號】TN604 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）07-0158-02

1 引言

隨著電子信息的技術(shù)、人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，電子產(chǎn)品越來越趨向于小型化、柔軟輕便化。因此，柔性可穿戴電子產(chǎn)品越來越被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如在太陽能電池板、觸摸顯示屏、有機發(fā)光二級管等[1，2]。近幾年關(guān)于柔韌性、高導(dǎo)電率的大量研究工作被報道出來。而基于石墨烯、富勒烯、碳納米管、導(dǎo)電高分子材料及金屬納米材料的柔性導(dǎo)電材料成為研究的熱點。其中納米銀線（AgNWs）基透明導(dǎo)電膜以其優(yōu)異的導(dǎo)電性、突出的透過率以及良好的穩(wěn)定性等特征，成為極具有可能代替?zhèn)鹘y(tǒng)ITO透明導(dǎo)電膜的材料[3，4]。

本文從納米線及柔性透明導(dǎo)電膜的制備技術(shù)以及存在的優(yōu)缺點，闡述了其目前在光電器件領(lǐng)域中最新研究成果以及當前存在的問題并對未來研究發(fā)展進行展望。

2 Ag NWs制備方法

AgNWs的性能不僅僅由它的成分決定，更取決于它的制備工藝。其制備工藝主要影響它的微觀組織結(jié)構(gòu)，尤其是AgNWs晶粒的長徑比?，F(xiàn)主要分為：模板法、溶液法、軟化學(xué)法。

模板法是通過模板的主體結(jié)構(gòu)進行控制材料與修飾材料的尺寸和外貌的一種方法。該方法是合成納米銀材料的重要手段?？梢愿鶕?jù)合成納米銀材料的性能和形貌要求設(shè)計模板的材料與結(jié)構(gòu)，制作所需要的長徑比顆粒。而模板法仍存在局限性，如銀線的外貌改變不夠簡便，后處理過程十分復(fù)雜，并且得到的銀線表面形貌差強人意。

溶液法又稱濕化學(xué)法，主要以液相反應(yīng)體系，通過長鏈高分子、大分子等作為形貌控制劑限制納米晶體的生長，達到各向異性生長。目前最常用的為多元醇法制備AgNWs。Sun等[5]采用多元醇法制備出尺寸與形貌均一的AgNWs。雖然多元醇法制備AgNWs工藝相對簡單、反應(yīng)速度快、產(chǎn)物較純，但存在反應(yīng)溫度過高的缺點。

軟化學(xué)法是在比較溫和條件下將溶膠-凝膠法與水熱法結(jié)合起來的一種方法。趙[6]等以硝酸銀為原料，使用DMF為溶劑和還原劑，在低溫下通過軟化學(xué)法合成直徑為15～30nm，長度高達20μm且結(jié)構(gòu)均勻的AgNWs。然而，軟化雖然簡易廉價，但生成AgNWs的效率太低，產(chǎn)量小。

3 Ag NWs基透明導(dǎo)電膜的制備

透明導(dǎo)電膜的性能不僅取決于基體材料的性能，制作工藝也尤為重要。所以，如何改善優(yōu)化AgNWs薄膜的制備工藝條件，使其在外觀、光線性能、化學(xué)性能等均達到優(yōu)異的水平是非常重要的。目前AgNWs導(dǎo)電膜的制備方法主要為旋涂法、刮涂法、噴涂法、印刷法和真空抽濾法等。

旋涂法是通常將透明基體真空吸附在高速轉(zhuǎn)盤上，通過離心的作用將納米銀溶液均勻平鋪在基體上，經(jīng)過固化燒結(jié)從而形成納米銀導(dǎo)電膜。可通過轉(zhuǎn)速、時間及滴料量來控制膜的厚度。雖然旋涂法在小面積生產(chǎn)工藝相對簡單，性價比較高等優(yōu)點，但由于生產(chǎn)設(shè)備的因素，不能生產(chǎn)單片大面積樣品，尤其是卷狀樣品。

刮涂法相對來說是適合大面積批量生產(chǎn)的一種涂布工藝技術(shù)，尤其在Roll-to-Roll生產(chǎn)工藝有較大的優(yōu)勢。其基本原理是通過將一定量AgNws透明導(dǎo)電材料的分散液滴在襯底上，再用邁耶棒將溶液鋪平成膜。使用該方法制備出的導(dǎo)電膜，不僅取決導(dǎo)電液的性質(zhì)、涂布棒的間隙規(guī)格，更與涂布的速度和襯底的平整度有關(guān)。邁耶棒刮涂法制得的樣品厚度均勻性高、成本低、原料利用率高等優(yōu)點。但該方法與旋涂法有著相同的缺點，在制備的過程中與襯底之間的接觸較差，導(dǎo)致薄膜的導(dǎo)電性能受到影響。

噴涂法是通過噴槍將透明導(dǎo)電材料分散液直接噴涂到基體表面，再對基體進行適當?shù)募訜幔涌烊軇┑膿]發(fā)，提升效率。采用控制噴涂的流量、噴涂時間及分散液的濃度制備不同厚度的薄膜。雖然該方法在制備柔性透明導(dǎo)電膜已廣泛應(yīng)用。但存在原料利用率低，浪費較多且得到的薄膜均勻性差等缺陷。

印刷法可分為凹版印刷、絲網(wǎng)印刷以及網(wǎng)版印刷等，其原理是通過模板將原料印刷在基體上的制備方法，目前最常用的為絲網(wǎng)印刷和凹版印刷。印刷法操作相對較方便，易于實現(xiàn)Roll-to-Roll生產(chǎn)和薄膜的圖形化。而其主要缺點在于對銀漿的性能要求苛刻，且制備的導(dǎo)電膜易存在缺陷，同時表面不均勻。

真空抽濾法是通過抽真空的方式將分散在溶液中的濾料沉積在濾膜表面，形成均勻而具有一定厚度的導(dǎo)電薄膜。其主要優(yōu)點在于：①易于通過控制濾液的濃度和體積來制備不同厚度的薄膜。②在抽濾時，若局部出現(xiàn)濾料偏少，該處內(nèi)外壓強差較大，促使更多的濾液通過，沉積加快變厚，因此，濾料分散更加均勻。③抽濾過程時由于內(nèi)外壓力不同，可使得濾料更好的接觸，進而改善薄膜的導(dǎo)電性。但該方法存在工藝復(fù)雜，制備出的薄膜尺寸有局限性不能實現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)。

4 Ag NWs基透明導(dǎo)電膜的應(yīng)用

納米銀柔性透明導(dǎo)電膜由于其優(yōu)異的光學(xué)性能、導(dǎo)電性能及柔性可彎曲性被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。

柔性液晶顯示器：近幾年，隨著生活水平的不斷提高，人們對電子產(chǎn)品的需求日益加大，要求越來越高，而對于可折疊的便攜式電子產(chǎn)品成為目前研究的熱點。納米銀柔性透明導(dǎo)電膜相對于傳統(tǒng)ITO導(dǎo)電膜，擁有透明度高、耐彎曲性強、穩(wěn)定性好、低電阻等有益的特點。因此，納米銀柔性透明導(dǎo)電膜在顯示器領(lǐng)域擁有較好的市場。

有機發(fā)光二極管（OLED）：作為一種自發(fā)光材料，擁有視角廣、低能耗、響應(yīng)快、色彩真等突出的特點。而柔性O(shè)LED具有輕薄易攜帶特殊的優(yōu)點成為了新的發(fā)展研究領(lǐng)域。而傳統(tǒng)ITO膜電阻高、柔性差易脆裂、透過率低等缺點，導(dǎo)致在器件中使用易失效。因此，納米銀柔性導(dǎo)電膜作為一種新型導(dǎo)電膜可有效解決ITO膜所存在的缺陷。

太陽能電池：隨著綠色能源、清潔能源的發(fā)展，太陽能發(fā)電及蓄電作為最節(jié)約、最環(huán)保的能源獲取方式一直成為人們關(guān)注和研究的對象。而怎樣提高太陽能電池中光與電的高效轉(zhuǎn)化、長久的穩(wěn)定性、簡易的工藝及低廉的成本仍亟待解決。Chen等成功研究出一種應(yīng)用在太陽能電池中，其轉(zhuǎn)換功率4%，最大透過率66%的納米銀金屬復(fù)合導(dǎo)電膜。

5 展望

柔性透明導(dǎo)電膜已成為國內(nèi)外光電產(chǎn)業(yè)研究發(fā)展的熱點，納米銀線基柔性透明導(dǎo)電膜作為最具有潛力代替ITO的產(chǎn)品已被受矚目。然而，對于在傳統(tǒng)電子行業(yè)小面積的導(dǎo)電膜已滿足不了當前光電領(lǐng)域的快速發(fā)展。例如，對于柔性透明導(dǎo)電膜在智能液晶調(diào)光膜的行業(yè)應(yīng)用，不僅需要大尺寸滿足Roll-to-Roll生產(chǎn)工藝，且其應(yīng)用環(huán)境、要求性能也不同于電子產(chǎn)品。因此，大力研究Ag NWs柔性透明導(dǎo)電膜的制備與應(yīng)用，進一步提高完善其光學(xué)性能、降低研發(fā)成本、完善制備工藝、實現(xiàn)大面積量產(chǎn)是未來發(fā)展必要趨勢。

【參考文獻】

【1】蒲勇，阮海波，劉碧桃.納米銀線柔性透明導(dǎo)電薄膜的制備與研究進展[J].電子元件與材料，2016（35）：54-60.

【2】段莎莎，張玲，李春忠.銀納米線基柔性導(dǎo)電材料的研究進展[J].中國材料進展， 2016（35）：545-551+544.

【3】李丹.納米線透明導(dǎo)電薄膜的制備及應(yīng)用[D].北京：北京化工大學(xué)，2016.

【4】成柏松. 基于納米銀線柔性透明導(dǎo)電薄膜的制備及其應(yīng)用[D].北京：北京化工大學(xué)，2016.

【5】Sun YG， Mayers B， Herricks T， Xia YN. Polyol Synthesis of Uniform Silver Nanowires： a Plausible Growth Mechanism and the Supporting Evidence[J]. Nano Lett， 2003（39）： 955-960.

【6】趙啟濤，侯立松，黃瑞安.軟化學(xué)法低溫合成銀納米線及其生長機制[J].化學(xué)學(xué)報， 2003（10）：1671-1674.