一種以銅為內芯的納米電纜透明導電薄膜及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于新材料技術領域，具體涉及一種以銅為電纜內芯的納米電纜透明導電薄膜及其制備方法。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)的FTO或ITO導電玻璃由于在生產時需要昂貴的真空鍍膜設備，導致產品的成本較高。為了降低導電玻璃的成本，研究者們發(fā)現(xiàn)將銅納米線均勻地涂布在玻璃基底上，可以獲得透光率和導電性可以與FTO或ITO導電玻璃相媲美的銅納米線導電薄膜。這是由于銅納米線在玻璃表面相互聯(lián)在一起形成導電網絡，光線可以從“網”的孔隙中穿過。金屬銅納米線導電薄膜由于不需要昂貴的設備，可以采用旋涂、噴涂或印刷等多種成熟的技術大批量地生產，所以其成本有望大幅度地低于FTO或ITO導電玻璃。能夠作為一種廉價的高性能透明電極替代傳統(tǒng)的FTO或ITO導電玻璃應用于光伏電池、顯示器等多種電子器件中，具有很好的應用前景。但是，這種低成本的金屬基透明導電玻璃有一些比較嚴重的缺點，那就是其在某些環(huán)境中的抗腐蝕性不是很理想，導電性還有待提高。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種以銅為電纜內芯的納米電纜透明導電薄膜及其制備方法。
[0004]基于上述目的，本發(fā)明采取了如下技術方案:
一種以銅為內芯的納米電纜透明導電薄膜的制備方法，包括如下步驟:(1)合成銅納米線透明導電薄膜:將直徑60-100nm，長度5_20 μ m的銅納米線分散在無水乙醇中形成濃度為2-8mg/mL銅納米線乙醇懸浮液，乙醇懸浮液經線棒涂布方法(Rathmell A R, Wiley BJ.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)涂在透明基底的表面，干燥，氫氣流處理，得到以銅納米線為導電網絡的透明導電薄膜；
(2 )在銅內芯表面電鍍金屬外殼層:以對應金屬或石墨為陽極，以銅納米線透明導電薄膜為陰極，以對應金屬硫酸鹽的水溶液為電鍍液，利用電沉積方法進行電鍍即得。
[0005]所述步驟(2)中，所述金屬外殼層為鎳層或鋅層。
[0006]電鍍鎳層時，步驟(2)的過程為:以金屬鎳或石墨為陽極，以銅納米線透明導電薄膜為陰極，以含有10_240g/L六水合硫酸鎳、2-3g/L氯化鈉、0.05-0.2g/L十二烷基硫酸鈉、10_20g/L硼酸的水溶液為電鍍液，利用電沉積方法進行電鍍即得；電鍍鋅層時，步驟(2)的過程為:以鋅金屬片或石墨為陽極，以銅納米線透明導電薄膜為陰極，以含有20-180g/L硫酸鋅，2-3g/L氯化鈉、0.05-0.2g/L十二烷基硫酸鈉、10_20g/L硼酸的水溶液為電鍍液，利用電沉積方法進行電鍍即得。
[0007]所述步驟(I)中透明基底為硅酸玻璃、石英玻璃、陶瓷或塑料。
[0008]所述的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。
[0009]上述制備方法制得的以銅為內芯的納米電纜透明導電薄膜。
[0010]鎳層或鋅層的厚度在10_2000nm之間。
[0011]本發(fā)明將銅納米線利用線棒涂布方法在透明玻璃(或柔性透明塑料)表面形成一層以銅納米線為導電網絡的透明導電薄膜。然后，以相應的鎳、鋅金屬片為陽極，以銅納米線透明導電薄膜為陰極，在含有相應金屬離子的電鍍液中，使金屬離子以金屬單質的形式沉積在銅納米線的表面，從而形成“核-殼”結構的銅-鎳、銅-鋅納米電纜透明導電薄膜。電沉積時可以通過控制電沉積條件來控制沉積層的厚度。這樣的電沉積層不僅可以大幅度地提高金屬納米線基導電薄膜的耐腐蝕性和導電性，可以使其仍具有與Ι??、FTO導電玻璃相媲美的透光率。
【附圖說明】
[0012]圖1為模擬銅納米線上電沉積鎳層的制備過程示意圖；
圖2為銅-鎳納米電纜透明導電薄膜的透射電鏡(左)及元素分布圖(右)。
【具體實施方式】
[0013]以下結合具體實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此。
[0014]實施例1銅-鎳(核-殼)納米電纜透明薄膜的制備
第一步，合成銅納米線透明導電薄膜:將含有銅納米線(直徑100納米，長度5-20微米)的濃度為3mg/mL乙醇懸浮液經線棒涂布方法(Rathmell A R, Wiley B J.The synthesisand coating of long, thin copper nanowires to make flexible, transparentconducting films on plastic substrates.Advanced Materials, 2011， 23(41):4798-4803)涂在透明基底(石英玻璃，2毫米厚，5 X 5cm2)的表面，形成一層以銅納米線為導電網絡的透明導電薄膜；將上述以銅納米線為導電網絡的透明導電薄膜室溫干燥30分鐘后放入管式爐中，在氫氣流中在200°C的溫度下處理30分鐘，待溫度降至室溫時取出，即得到銅納米線透明導電薄膜；所制備的銅納米線透明導電薄膜的透光率為60-95%，方塊電阻小于800歐姆。
[0015]第二步，銅納米線上電沉積電纜外殼(鎳層):以金屬鎳片為陽極，以銅納米線透明導電薄膜為陰極，以含有60g/L六水合硫酸鎳、3g/L氯化鈉、0.lg/L十二烷基硫酸鈉、20g/L硼酸的水溶液為電鍍液，利用恒電位電沉積法在4伏的直流電源的驅動下，經過3秒鐘的電沉積，能在銅納米線的表面電沉積一層30納米厚的致密金屬鎳外殼，從而獲得高質量的Cu-Ni (核-殼)納米電纜薄膜，電纜外殼的厚度可通過調整電沉積時間的長短來調控，圖1為該步驟的模擬示意圖，圖2為產品的透射電鏡(左)及元素分布圖(右)，由圖2可知，所制得的銅-鎳(核-殼)納米電纜的直徑為160納米，其中銅內芯的直徑為100納米，鎳外殼的厚度為30納米。
[0016]實施例2Cu_Zn (核-殼)納米電纜透明薄膜的制備
第一步，合成銅納米線透明導電薄膜:將含有銅納米線(直徑100納米，長度5-20微米)的濃度為3mg/mL乙醇懸浮液經線棒涂布技術涂在透明基底(石英玻璃，2毫米厚，5 X 5cm2)的表面，形成一層以銅納米線為導電網絡的透明導電薄膜；將上述以銅納米線為導電網絡的透明導電薄膜室溫干燥30分鐘后放入管式爐中，在氫氣流中在200°C的溫度下處理30分鐘，待溫度降至室溫時取出，即得到銅納米線透明導電薄膜；所制備的銅納米線透明導電薄膜的透光率為60-95%，方塊電阻小于800歐姆。
[0017]第二步，銅納米線上電沉積電纜外殼(鋅層):以金屬鋅片為陽極，以銅納米線透明導電薄膜為陰極，利用恒電位電沉積法在電壓為3.8伏的直流電源的作用下，在含有50g/L硫酸鋅，2g/L氯化鈉、0.lg/L十二烷基硫酸鈉、12g/L硼酸的水溶液中，經過15秒鐘的電沉積，在金屬納米線的表面形成一層金屬鋅外殼，從而獲得Cu-Zn (核-殼)納米電纜薄膜，電纜外殼的厚度可通過調整電沉積時間的長短來控制。
[0018]通過上述方法，可獲得透光率大于65%，方塊電阻小于30歐姆的銅-鎳、銅-鋅(核-殼)納米電纜透明導電薄膜材料。由于金屬鎳、鋅具有良好的耐腐蝕性，所以所獲得的銅-鎳、銅-鋅(核-殼)納米電纜的鎳、鋅外殼可以起到很好的耐腐蝕的效果。
【主權項】
1.一種以銅為內芯的納米電纜透明導電薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:(I)合成銅納米線透明導電薄膜:將直徑60-100nm，長度5_20 μ m的銅納米線分散在無水乙醇中形成銅納米線乙醇懸浮液，乙醇懸浮液經線棒涂布方法涂在透明基底的表面，干燥，氫氣流處理，得到銅納米線透明導電薄膜； (2 )在銅內芯表面電鍍金屬外殼層:以對應金屬或石墨為陽極，以銅納米線透明導電薄膜為陰極，以對應金屬硫酸鹽的水溶液為電鍍液，利用電沉積方法進行電鍍即得。
2.根據權利要求1所述的以銅為內芯的銅-鎳、銅-鋅納米電纜透明導電薄膜的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述金屬外殼層為鎳層或鋅層。
3.根據權利要求2所述的以銅為內芯的銅-鎳、銅-鋅納米電纜透明導電薄膜的制備方法，其特征在于，電鍍鎳層時，步驟(2)的過程為:以金屬鎳或石墨為陽極，以銅納米線透明導電薄膜為陰極，以含有10_240g/L六水合硫酸鎳、2-3g/L氯化鈉、0.05-0.2g/L十二烷基硫酸鈉、10-20g/L硼酸的水溶液為電鍍液，利用電沉積方法進行電鍍即得；電鍍鋅層時，步驟(2)的過程為:以鋅金屬片或石墨為陽極，以銅納米線透明導電薄膜為陰極，以含有20-180g/L硫酸鋅、2-3g/L氯化鈉、0.05-0.2g/L十二烷基硫酸鈉、10_20g/L硼酸的水溶液為電鍍液，利用電沉積方法進行電鍍即得。
4.根據權利要求1所述的以銅為內芯的納米電纜透明導電薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中銅納米線乙醇懸浮液的濃度為2-8mg/mL。
5.根據權利要求1所述的以銅為內芯的納米電纜透明導電薄膜的制備方法，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。
6.根據權利要求1所述的以銅為內芯的納米電纜透明導電薄膜的制備方法，其特征在于，所述的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。
7.利用權利要求1至6任一所述的制備方法制得的以銅為內芯的納米電纜透明導電薄膜。
8.根據權利要求7所述的以銅為內芯的納米電纜透明導電薄膜，其特征在于，金屬外殼層的厚度在10-2000nm之間。
【專利摘要】一種以銅為內芯的納米電纜透明導電薄膜及其制備方法，屬于新材料技術領域。本發(fā)明將銅納米線利用線棒涂布方法在透明玻璃表面形成一層以銅納米線為導電網絡的透明導電薄膜。然后，以相應的鎳、鋅金屬片為陽極，以銅納米線透明導電薄膜為陰極，在含有相應金屬離子的電鍍液中，使金屬離子以金屬單質的形式沉積在銅納米線的表面，從而形成“核-殼”結構的銅-鎳、銅-鋅納米電纜透明導電薄膜。電沉積時可以通過控制電沉積條件來控制沉積層的厚度。這樣的電沉積層不僅可以大幅度的提高金屬納米線基導電薄膜的耐腐蝕性和導電性，可以使其仍具有與ITO、FTO導電玻璃相媲美的透光率。
【IPC分類】H01B1-02, H01B13-00, H01B5-14, B82Y30-00, B82Y40-00
【公開號】CN104616728
【申請?zhí)枴緾N201510036928
【發(fā)明人】姜奇?zhèn)? 李勝軍, 李國強, 岳根田, 李夕金, 李福民, 陳沖, 張傳意, 王磊, 鄭海務
【申請人】河南大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月26日