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CN109081932B - 一种高稳定性的柔性透明导电纤维素膜的制备方法及产品 - Google Patents

一种高稳定性的柔性透明导电纤维素膜的制备方法及产品 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高稳定性的柔性透明导电纤维素膜的制备方法及产品，所述方法步骤如下：取纤维素纸浆溶解在纤维素溶剂中，通过再生处理制备再生纤维素膜；配制淀粉溶液；取银纳米线分散在淀粉溶液中，形成银纳米线‑淀粉溶液，并把所述银纳米线‑淀粉溶液覆盖到纤维素膜上，得到样品；把制备的样品在烘箱中干燥，即得高稳定性的柔性透明导电纤维素膜。本发明通过引入淀粉缓冲层，实现银纳米线在纤维素膜基底上的有效附着，从而大幅度增加导电膜的导电稳定性和耐摩擦性，提升柔性透明导电膜的高端品质。

Description

一种高稳定性的柔性透明导电纤维素膜的制备方法及产品
【技术领域】
本发明涉及一种高稳定性的柔性透明导电纤维素膜的制备方法及产品。
【背景技术】
随着现代科技的进步，电子设备的柔性化、可折叠化、可穿戴化已经成为未来电子技术的发展趋势。与传统电子器件相比，柔性电子设备以其独特的柔韧性和延展性使其在通信、信息、生物医药、机械制造、航空航天和国防安全等领域具有良好的应用前景。柔性透明导电薄膜是制备柔性电子器件的前提基础，因此也需要具备独特的性能，包括重量轻、可变形、不易碎、导电性能良好、光学透明度高、机械性能好、热稳定性和化学稳定性高等。
常见的透明导电膜的基底有聚对苯二甲酸乙二酯(PET)膜、聚碳酸酯(PC)等高聚物透明薄膜，这些薄膜具有质轻、超薄、柔韧性好等特点。但这些高分子有机聚合物也呈现了自身缺点。如高温下透光率低、高温下容易变形、热收缩率高等，此外这些高聚物难以降解，极易形成白色垃圾，会严重破坏生态环境，威胁人类生存。
为了实现资源可持续发展，使用新型材料替代化石原料的需求已经迫在眉睫。纤维素作为廉价的天然高分子材料，具有来源范围广泛，可降解再生等优势，其制备的透明柔性纤维素膜越来越被广泛关注，其巨大的天然储量完全可以满足电子产品对导电薄膜的需求。
金属纳米线形成的导电膜具有高透光率，低电阻率以及优良的热学、力学、化学稳定性。此外，银纳米线具有良好的导电导热性和延展性，因此特别适用于制备透明柔性导电膜。但银纳米线属于无机金属，而纤维素膜基底为有机高分子聚合物，二者之间的相不兼容性会严重限制银纳米线导电层和纤维素膜基底之间的有效结合，形成的柔性透明导电膜的导电层极易从柔性基底上脱落，诱发导电性能的大幅度下降和极端不稳定。因此如何提高银纳米线导电层和纤维素膜基底之间的有效结合已经成为银纳米线基柔性透明纤维素导电膜的研究热点，这对提升柔性透明导电膜的品质具有重大的研究意义。
通常银纳米线被分散在水或者有机溶液中，然后再旋涂在纤维素膜基底上。通过水分或者有机溶剂的蒸发/挥发，实现银纳米线在纤维素膜上的附着。但银纳米线为无机金属，纤维素膜为有机高分子聚合物，二者之间的相不兼容，也不存在较牢固的结合，因此银纳米线导电层极易从纤维素膜基底上脱落，导致导电膜的导电性能大幅度波动。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题之一，在于提供提出一种高稳定性柔性透明导电纤维素膜的制备方法，即通过引入淀粉缓冲层，实现银纳米线在纤维素膜基底上的有效附着，从而大幅度增加导电膜的导电稳定性和耐摩擦性，提升柔性透明导电膜的高端品质。
本发明是这样实现上述技术问题之一的：
一种高稳定性的柔性透明导电纤维素膜的制备方法，所述方法步骤如下：
(1)取纤维素纸浆溶解在纤维素溶剂中，通过再生处理制备再生纤维素膜；
(2)配制淀粉溶液；
(3)取银纳米线分散在淀粉溶液中，形成银纳米线-淀粉溶液，并把所述银纳米线-淀粉溶液覆盖到纤维素膜上，得到样品；
(4)把制备的样品在烘箱中干燥，即得高稳定性的柔性透明导电纤维素膜。
进一步地，步骤(1)中的纤维素纸浆为木材溶解浆、非木材溶解浆或棉花。
进一步地，步骤(1)中纤维素溶剂为离子液体、N-甲基吗啉-N-氧化物、DMAC-LiCl以及NaOH-尿素中的一种。
进一步地，步骤(2)中淀粉溶液为玉米淀粉、红薯淀粉或者改性淀粉。
进一步地，步骤(2)中淀粉溶液的浓度小于10g/L。
进一步地，步骤(3)中覆盖方式有匀胶机旋涂、涂布机旋涂或离心机离心方式。
进一步地，步骤(4)中烘箱的处理温度为40℃-120℃，处理时间为20min-120min。
本发明要解决的技术问题之二，在于提供提出一种高稳定性柔性透明导电纤维素膜，即通过引入淀粉缓冲层，实现银纳米线在纤维素膜基底上的有效附着，从而大幅度增加导电膜的导电稳定性和耐摩擦性，提升柔性透明导电膜的高端品质。
本发明是这样实现上述技术问题之二的：
一种高稳定性的柔性透明导电纤维素膜，所述高稳定性的柔性透明导电纤维素膜是由以下方法制备的：
(1)取纤维素纸浆溶解在纤维素溶剂中，通过再生处理制备再生纤维素膜；
(2)配制淀粉溶液；
(3)取银纳米线分散在淀粉溶液中，形成银纳米线-淀粉溶液，并把所述银纳米线-淀粉溶液覆盖到纤维素膜上，得到样品；
(4)把制备的样品在烘箱中干燥，即得高稳定性的柔性透明导电纤维素膜。
进一步地，步骤(1)中的纤维素纸浆为木材溶解浆、非木材溶解浆或棉花；
步骤(1)中纤维素溶剂为离子液体、N-甲基吗啉-N-氧化物、DMAC-LiCl以及NaOH-尿素中的一种；
步骤(2)中淀粉溶液为玉米淀粉、红薯淀粉或者改性淀粉，淀粉溶液的浓度小于10g/L。
进一步地，步骤(3)中覆盖方式有匀胶机旋涂、涂布机旋涂或离心机离心方式；
步骤(4)中烘箱的处理温度为40℃-120℃，处理时间为20min-120min。
本发明具有如下优点：
本发明把银纳米线分散在淀粉溶液中，通过引入淀粉缓冲层，一方面淀粉与纤维素为同分异构物质，二者间可以存在有机融合，另一方面，淀粉溶液可以半包裹银纳米线并使之牢固附着在纤维素膜表面，实现银纳米线和纤维素膜的有机结合，从而大幅度增加导电膜的导电稳定性和耐摩擦性，最终提升柔性透明导电膜的高端品质。
【具体实施方式】
本发明涉及一种高稳定性的柔性透明导电纤维素膜的制备方法，所述方法步骤如下：
(1)取纤维素纸浆溶解在纤维素溶剂中，通过再生处理制备再生纤维素膜；
(2)配制淀粉溶液；
(3)取银纳米线分散在淀粉溶液中，形成银纳米线-淀粉溶液，并把所述银纳米线-淀粉溶液覆盖到纤维素膜上，得到样品；
(4)把制备的样品在烘箱中干燥，即得高稳定性的柔性透明导电纤维素膜。
步骤(1)中的纤维素纸浆为木材溶解浆、非木材溶解浆或棉花。
步骤(1)中纤维素溶剂为离子液体、N-甲基吗啉-N-氧化物、DMAC-LiCl以及NaOH-尿素中的一种。
步骤(2)中淀粉溶液为玉米淀粉、红薯淀粉或者改性淀粉。
步骤(2)中淀粉溶液的浓度小于10g/L。
步骤(3)中覆盖方式有匀胶机旋涂、涂布机旋涂或离心机离心方式。
步骤(4)中烘箱的处理温度为40℃-120℃，处理时间为20min-120min。
本发明还是涉及上述制备方法所制备得到的一种高稳定性的柔性透明导电纤维素膜。
以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实例1：制备高稳定性的柔性透明导电纤维素膜
步骤(1)、准备阔叶木溶解浆溶解在离子液体中，通过再生制备再生纤维素膜。
步骤(2)、准备玉米淀粉，制备5g/L的淀粉溶液。
步骤(3)、取银纳米线溶解在淀粉溶液中，制备浓度为50ppm的银纳米线-淀粉溶液；利用匀胶机把银纳米线-淀粉溶液旋涂到纤维素膜上面，得到样品。
步骤(4)、把步骤(3)的样品放入80℃的烘箱中，处理40min。
步骤(5)、利用3M胶带粘贴100次后，导电纤维素膜的导电性仅仅从30Ω/□增加到38Ω/□，透明度为75％。
实例2：制备高稳定性的柔性透明导电纤维素膜
步骤(1)、准备针叶木溶解浆溶解在N-甲基吗啉-N-氧化物溶液中，通过再生制备再生纤维素膜。
步骤(2)、准备氧化淀粉，制备8g/L的淀粉溶液。
步骤(3)、取银纳米线溶解在淀粉溶液中，制备浓度为100ppm的银纳米线-淀粉溶液；利用涂布机把银纳米线-淀粉溶液旋涂到纤维素膜上面，得到样品。
步骤(4)、把步骤(3)的样品放入50℃的烘箱中，处理80min。
步骤(5)、利用3M胶带粘贴200次后，导电纤维素膜的导电性仅仅从10Ω/□增加到20Ω/□，透明度为70％。
实例3：制备高稳定性的柔性透明导电纤维素膜
步骤(1)、准备棉花溶解在DMAC-LiCl中，通过再生制备再生纤维素膜。
步骤(2)、准备红薯淀粉，制备2g/L的淀粉溶液。
步骤(3)、取银纳米线溶解在淀粉溶液中，制备浓度为20ppm的银纳米线-淀粉溶液；利用离心机把银纳米线-淀粉溶液离心到纤维素膜上面，得到样品。
步骤(4)、把步骤(3)的样品放入100℃的烘箱中，处理30min。
步骤(5)、利用橡皮擦擦拭50次后，导电纤维素膜的导电性仍然维持在80Ω/□，透明度为80％。
实例4：制备高稳定性的柔性透明导电纤维素膜
步骤(1)、准备竹溶解浆溶解在NaOH-尿素中，通过再生制备再生纤维素膜。
步骤(2)、准备玉米淀粉，制备4g/L的淀粉溶液。
步骤(3)、取银纳米线溶解在淀粉溶液中，制备浓度为80ppm的银纳米线-淀粉溶液；利用离心机把银纳米线-淀粉溶液离心到纤维素膜上面，得到样品。
步骤(4)、把步骤(3)的样品放入50℃的烘箱中，处理120min。
步骤(5)、利用橡皮擦擦拭100次后，导电纤维素膜的导电性仅仅从15Ω/□增加到22Ω/□，透明度为72％。
本发明把银纳米线分散在淀粉溶液中，通过引入淀粉缓冲层，一方面淀粉与纤维素为同分异构物质，二者间可以存在有机融合，另一方面，淀粉溶液可以半包裹银纳米线并使之牢固附着在纤维素膜表面，实现银纳米线和纤维素膜的有机结合，从而大幅度增加导电膜的导电稳定性和耐摩擦性，最终提升柔性透明导电膜的高端品质。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (9)

1.一种高稳定性的柔性透明导电纤维素膜的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
(1)取纤维素纸浆溶解在纤维素溶剂中，通过再生处理制备再生纤维素膜；
(2)配制淀粉溶液；步骤(2)中淀粉溶液为玉米淀粉、红薯淀粉或者改性淀粉；
(3)取银纳米线分散在淀粉溶液中，形成银纳米线-淀粉溶液，并把所述银纳米线-淀粉溶液覆盖到纤维素膜上，得到样品；
(4)把制备的样品在烘箱中干燥，即得高稳定性的柔性透明导电纤维素膜。
2.根据权利要求1所述的一种高稳定性的柔性透明导电纤维素膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中的纤维素纸浆为木材溶解浆、非木材溶解浆或棉花。
3.根据权利要求1所述的一种高稳定性的柔性透明导电纤维素膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中纤维素溶剂为离子液体、N-甲基吗啉-N-氧化物、DMAC-LiCl以及NaOH-尿素中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种高稳定性的柔性透明导电纤维素膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中淀粉溶液的浓度小于10g/L。
5.根据权利要求1所述的一种高稳定性的柔性透明导电纤维素膜的制备方法，其特征在于：步骤(3)中覆盖方式有匀胶机旋涂、涂布机旋涂或离心机离心方式。
6.根据权利要求1所述的一种高稳定性的柔性透明导电纤维素膜的制备方法，其特征在于：步骤(4)中烘箱的处理温度为40℃-120℃，处理时间为20min-120min。
7.一种高稳定性的柔性透明导电纤维素膜，其特征在于：所述高稳定性的柔性透明导电纤维素膜是基于权利要求1所述的一种高稳定性的柔性透明导电纤维素膜的制备方法所制备的。
8.根据权利要求7所述的一种高稳定性的柔性透明导电纤维素膜，其特征在于：步骤(1)中的纤维素纸浆为木材溶解浆、非木材溶解浆或棉花；
步骤(1)中纤维素溶剂为离子液体、N-甲基吗啉-N-氧化物、DMAC-LiCl以及NaOH-尿素中的一种；
步骤(2)中淀粉溶液为玉米淀粉、红薯淀粉或者改性淀粉，淀粉溶液的浓度小于10g/L。
9.根据权利要求7所述的一种高稳定性的柔性透明导电纤维素膜，其特征在于：步骤(3)中覆盖方式有匀胶机旋涂、涂布机旋涂或离心机离心方式；
步骤(4)中烘箱的处理温度为40℃-120℃，处理时间为20min-120min。
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