CN103903819A

CN103903819A - 一种柔性透明导电膜的制备方法

Info

Publication number: CN103903819A
Application number: CN201410149296.3A
Authority: CN
Inventors: 张洋洋; 张金平; 王二萍; 高景霞; 李慧; 蔡艳艳; 李利平; 王博
Original assignee: Huanghe Science and Technology College
Current assignee: Huanghe Science and Technology College
Priority date: 2014-04-14
Filing date: 2014-04-14
Publication date: 2014-07-02

Abstract

本发明公开了一种柔性透明导电膜的制备方法，该方法将LDPE粉体溶于对二甲苯中，磁力搅拌使LDPE充分溶解；再加入直径小于80nm，长度为0.5μm～30μm的CNTs，采用十二烷基苯磺酸钠进行分散，磁力搅拌再超声分散，4MPa～10MPa下热压，得到20μm～50μm厚的厚膜产品。本发明制备的碳纳米管／聚乙烯柔性透明导电膜具有较高的电导率和良好的光学性能，其体积电导率可达4.68×10^-3S·m^-1，透光度可达62.8％，适合用于透明防静电膜、透明电极、透明印刷线路板、触摸屏、数字显示和导电风挡等领域。

Description

一种柔性透明导电膜的制备方法

技术领域

本发明涉及柔性透明导电膜的制备技术，特别涉及一种碳纳米管／聚乙烯柔性透明导电膜的制备方法。

背景技术

透明导电材料是一类新型的多功能材料，它既具有良好的光学性能，也拥有较高的电导率。因此，它们被广泛应用在电磁屏蔽(透明防静电膜)、光电信息(透明电极、透明印刷线路板、触摸屏、数字显示)、农渔业温室采光(透光电热膜)、建筑(透明面发热体)、汽车(导电风挡)等领域。

目前，常见的透明导电材料主要包括以ITO为代表的导电玻璃和以氧化锌为主材的透明导电薄膜。之中透明导电膜高度导电且透明，但它们具有较低的摩擦阻力且抗冲击性能差，所用的主材料非常昂贵，并且采用的是非常复杂的磁控溅射制备工艺。

柔性透明导电膜拥有一系列其它类型透明导电材料难以替代的优势。首先，与导电玻璃和氧化锌薄膜相比，它具有如下优势：

(1)抗冲击性能优越。由于良好的柔韧性，使这类材料在应用时更加安全可靠，并且可以降低在施工运输过程中的损坏，节省成本；

(2)加工成型容易，轻便；

(3)原材料成本不高；

(4)材料的加工成本远低于导电玻璃和氧化锌薄膜常用的磁控溅射，在生产中更加节能。

通常，柔性导电膜是在聚合物基体中加入导电填料而制成的导电塑料膜，根据导电填料的不同，柔性导电膜可分为金属填充系列和碳材料填充系列。

为了实现复合导电膜较高的电导率，所需金属粉体或碳黑、石墨的填充量大(一般体积比在10％～40％)，这一方面会导致其力学性能有不同程度的降低(柔韧性下降、变脆而易碎)；另一方面，这会导致膜的透明度非常低(几乎无法透光)。因此，较大的导电填料含量会影响到柔性导电膜的实际应用、并且限制了它们作为透明导电膜的可能性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备碳纳米管(CNTs)／聚乙烯柔性透明导电膜的方法，该柔性透明导电膜具有较大的体积电导率和较高的可见光透光率，适合制备太阳能电池的透明电极或减反射膜。

本发明提供的一种柔性透明导电膜的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

第1步将LDPE粉体溶于对二甲苯中，磁力搅拌使LDPE充分溶解；

第2步根据LDPE-xwt％CNTs式子，式中，0.1＜x≤1，将CNTs置于第1步制备的溶液中得到分散液，其中CNTs的直径小于80nm，长度为0.5μm～30μm；

第3步将十二烷基苯磺酸钠溶于第2步制备的溶液中，使CNTs有效分散，以体积电导率和可见光透光率；

第4步在常温下磁力搅拌第3步制备的分散液，使CNTs完全分散；

第5步将第4步制备的分散液超声分散2h～6h，使CNTs充分分散；

第6步将第5步制备的溶液置于玻璃水平容器中，放置在真空干燥箱中，在80～110℃下进行干燥，使溶剂挥发，得到20μm～50μm厚的厚膜初始样品；

第7步将第6步得到的初始厚膜样品，置于热压模具中，在110～120℃下进行热压，压力为4MPa～10MPa，得到20μm～50μm厚的最终厚膜产品；热压使得厚膜产品更加致密，在不影响透光度的前提下，使其电导率进一步提高。

本发明制备的碳纳米管／聚乙烯柔性透明导电膜具有较高的电导率和良好的光学性能，其体积电导率可以达到4.68×10-3S·m-1，透光度可达到62.8％，适合用于透明防静电膜、透明电极、透明印刷线路板、触摸屏、数字显示和导电风挡等领域。

附图说明

图1为本发明制备碳纳米管／聚乙烯柔性透明导电膜的工艺流程图；

图2为含有0.9wt％CNTs(直径小于8nm，长度10～30μm)透明导电膜的FSEM图；

图3为含有0.9wt％CNTs(直径小于8nm，长度10～30μm)透明导电膜的透光效果；

图4为含有0.8wt％CNTs(直径8～30nm，长度10～30μm)透明导电膜的透光效果；

图5为含有0.5wt％CNTs(直径30～80nm，长度10～30μm)透明导电膜的透光效果；

图6为含有0.9wt％CNTs(直径小于8nm，长度0.5～10μm)透明导电膜的透光效果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明实例提供的制备方法包括：

(1)称取一定质量的LDPE粉体，量取一定体积的对二甲苯，将LDPE粉体溶于对二甲苯中，采用磁力搅拌设备，搅拌0.5-2h，使LDPE充分溶解；

其中，LDPE与对二甲苯的质量比优选为1∶1至1∶2。

(2)根据LDPE-x％CNTs式子，式中，0.1≤x≤1，称取一定质量、不同形貌的CNTs，其中CNTs的直径小于80nm，长度为0.5～30μm，置于步骤(1)中制备的溶液中；

(3)称取一定质量的十二烷基苯磺酸钠，其质量为CNTs的4.5～5.5倍。十二烷基苯磺酸钠为CNTs的分散剂，能使CNTs有效分散，提高体积电导率和可见光透光率。将称取的十二烷基苯磺酸钠溶于步骤(2)得到的分散液中；

(4)将步骤(3)制备的分散液在常温下采用磁力搅拌设备，搅拌0.5-2h，使CNTs分散；

(5)将步骤(4)制备的分散液超声分散2～6h，使CNTs充分分散；

(6)将步骤(5)制备的溶液置于玻璃水平容器中，放置在真空干燥箱中，在80～110度下进行干燥，使溶剂挥发，得到20～50μm厚的厚膜初始样品；

(7)取步骤(6)中的厚膜初始样品，置于热压模具中，在110-120度下进行热压，压力为4～10MPa，得到20～50μm厚的厚膜最终产品。热压工艺能够使厚膜产品更加致密，在不影响透光度的前提下，使产品电导率进一步提高；

(8)取步骤(7)中的厚膜产品，剪切成块，表面蒸镀Pt电极，进行电导率的测量；

(9)取步骤(7)中的产品，进行可见光透光率的测量。

本发明通过改变CNTs的质量分数和形貌，总结出较好的配方。

实例：

实例1：

采用溶液流延共混工艺，称取一定质量的LDPE粉体，溶解于对二甲苯溶剂中，搅拌1h，使LDPE充分溶解，根据LDPE-0.9％CNTs式子，称取一定质量的CNTs，其中CNTs的直径为小于8nm，长度为10～30μm，称取一定质量的十二烷基苯磺酸钠，其质量为CNTs的5倍，加入分散液中，将分散液在常温下采用磁力搅拌设备，搅拌1h，使CNTs分散，再将制备的分散液超声分散4h，使CNTs充分分散，最后将分散液至于5cm*5cm玻璃水平容器中，放置于真空干燥箱中，在100度下进行干燥，使溶剂挥发，得到30μm厚的厚膜样品，将样品置于热压模具中，115度下进行热压，压力为7MPa，得到30μm厚的最终厚膜产品，将产品剪切成10mm*10mm正方形，进行可见光透光率的测量，并将产品表面蒸镀Pt电极，进行电导率的测量，实例1综合性能最佳，其体积电导率为4.68×10-3S·m-1，透光度为62.8％，其FSEM如图2所示，透光效果如图3所示。

实例2-6：

采用溶液流延共混工艺，按照式子LDPE-x％CNTs配比分散液，其中CNTs的直径为小于8nm，长度为10～30μm，x=0.1，0.4，0.5，0.7，1，如表1，其余同实例1。其性能见表2。

表1

表2

实例7-12：采用溶液流延共混工艺，按照式子LDPE-x％CNTs配比分散液，其中CNTs的直径为8～30nm，长度为10～30μm，x=0.1，0.3，0.5，0.6，0.7，0.8，如表3，其余同实例1。其性能见表4，其中实例11综合性能最佳，透光效果如图4所示。

表3

表4

实例13-18：采用溶液流延共混工艺，按照式子LDPE-x％CNTs配比分散液，其中CNTs的直径为30～80nm，长度为10～30μm，x=0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，如表5，其余同实例1。其性能见表6，其中实例17综合性能最佳，透光效果如图5所示。

表5

表6

实例19-24：采用溶液流延共混工艺，按照式子LDPE-x％CNTs配比分散液，其中CNTs的直径为小于8nm，长度为0.5～10μm，x=0.3，0.6，0.7，0.8，0.9，1.0，如表7，其余同实例1。其性能见表8，其中实例23综合性能最佳，透光效果如图6所示。

表7

表8

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims

1.一种柔性透明导电膜的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

第1步将LDPE粉体溶于对二甲苯中，磁力搅拌使LDPE充分溶解；

第5步将第4步制备的分散液超声分散2h～6h，使CNTs充分分散；

第6步将第5步制备的溶液置于水平容器中，在80～110℃下真空干燥，使溶剂挥发，得到20μm～50μm厚的厚膜初始样品；

第7步将第6步得到的初始厚膜产品，置于热压模具中，在110～120℃下进行热压，压力为4MPa～10MPa，得到20μm～50μm厚的最终厚膜产品；热压使得厚膜产品更加致密，在不影响透光度的前提下，使其电导率进一步提高。

2.根据权利要求1所述的柔性透明导电膜的制备方法，其特征在于，第1步中，LDPE与对二甲苯的质量比优选为1∶1至1∶2。