阅读说明：本技术 水溶性胶体、导电薄膜及其制备方法 (Water-soluble colloid, conductive film and preparation method thereof ) 是由 戴晓 于 2020-06-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种水溶性胶体,其为糖类和聚乙烯亚胺的混合水溶液,该胶体流动性好、粘度可调节、易溶于水且无毒无害；还涉及一种利用该水溶性胶体的导电薄膜的制备方法以及利用该方法制得的导电薄膜,生产工艺简化、过程对环境友好,所制得的导电薄膜均匀性、一致性好,电导率高。(The invention relates to a water-soluble colloid which is a mixed aqueous solution of saccharides and polyethyleneimine, has good fluidity and adjustable viscosity, is easily dissolved in water, and is non-toxic and harmless; the preparation method of the conductive film using the water-soluble colloid is also disclosed, and the conductive film prepared by the method is simple in production process, environment-friendly in process, good in uniformity and consistency and high in conductivity.)

水溶性胶体、导电薄膜及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及柔性电子制造领域，尤其涉及一种水溶性胶体，利用该水溶性胶体的导电薄膜的制备方法及制得的导电薄膜。

【背景技术】

现有技术的龟裂牺牲模板法：在基底上涂敷一层二氧化钛胶层，通过加热使二氧化钛胶层中的水分与有机物挥发，从而使氧化钛层自发龟裂，裂缝随机交织成网络并使基底表面裸漏，形成龟裂模板。在龟裂模板表面上沉积金属薄膜，其中沉积在裂缝内的金属互相连通成网络，而沉积在龟裂模板表面的金属与模板一并被去除，从而形成透明导电的微纳金属网格。由于龟裂模板的裂纹是随机形成的，在大面积生产过程中不可控，制得的金属网格均匀性与一致性差，另外氧化钛胶层的成本较高。

现有技术的自组装牺牲模板法：使PS(聚苯乙烯)小球漂浮在水面形成自组装层后转移到PET表面，将银浆填入PS模板的缝隙中后烧结使银浆固化，然后利用溶剂溶解掉PS模板，从而得到蜂窝状的透明导电微纳金属网格。生产工艺复杂，需要使用大量的有机溶剂来溶解聚苯乙烯模板，对环境不友好，且生产成本高。

【

发明内容

】

基于此，本发明提供一种利于水溶性胶体、利用该水溶性胶体的导电薄膜的制备方法以及制得的导电薄膜，解决现有技术中的生产工艺复杂、对环境不友好、成本高，均匀性、一致性差等技术问题。

本发明提供了一种一种水溶性胶体，其为聚乙烯亚胺和糖类的混合水溶液，所述聚乙烯亚胺与所述糖类的含量比例为10:1-1:10，所述表面活性剂和所述糖类的总浓度为1％-35％，所述聚乙烯亚胺为是直链型或支链型，聚乙烯亚胺分子量范围1000～100000；所述糖类为葡萄糖、麦芽糖、蔗糖或果糖中的一种或几种的混合。

优选的，所述糖类为麦芽糖。

也提供了一种导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤一：提供平面网格状的丝网，将所述丝网贴附于基底，形成第一基底；步骤二：将如权利要求1-2中任意一项权利要求所述的水溶性胶体涂敷在所述第一基底上，形成第二基底，在所述第二基底中，所述水溶性胶体的厚度不高于所述丝网的厚度；步骤三：将所述第二基底在70-115摄氏度的环境下烘烤，使得所述水溶性胶体凝固成水溶性胶块，取下丝网，形成胶块模板；步骤四：用镀膜的方法在所述胶块模板上形成导电层，获得过渡薄膜，所述导电层包括形成在所述基底上的导电网格薄膜和形成在所述水溶性胶块上的导电片，所述导电网格薄膜的厚度小于所述水溶性胶块的厚度；步骤五：用水清洗所述过渡薄膜，使得所述水溶性胶块溶解于水，所述导电片脱落，获得所述导电薄膜。

优选的，所述丝网的孔径为10-500μm，丝径为500nm-5μm。

优选的，所述步骤二中，所述水溶性胶体的浓度为5％-30％。

优选的，所述步骤二中，所述水溶性胶体的厚度小于所述丝网的厚度。

优选的，所述导电网格薄膜的膜层厚度为200nm-1μm。

优选的，所述导电网格薄膜为单层结构，且其材质为铜。

优选的，所述丝网的网孔为正方形。

还提供了一种由上述方法制备得到的导电薄膜。

本发明提供的技术方案具有以下有益效果：第一，采用对环境友好的物理方法制备，避免产生有毒有害化学废液；第二，导电薄膜的均匀性、一致性好，一体化成型无界面，电导率高；第三，导电材料选择丰富，成本低。

【附图说明】

图1是本发明实施例一中的制备方法的流程示意图；

图2(a)-2(f)是本发明实施例一中的制备方法的具体流程示意图；

图3是本发明实施例一步骤三中水溶性胶体凝固后的的局部结构示意图；

图4是本发明实施例一制得的导电薄膜的局部结构示意图。

【

具体实施方式

】

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种本发明的水溶性胶体，其为聚乙烯亚胺和糖类的混合水溶液，所述聚乙烯亚胺与所述糖类的含量比例为10:1-1:10，所述聚乙烯亚胺和所述糖类的总浓度为1％-35％，所述聚乙烯亚胺为是直链型或支链型，聚乙烯亚胺分子量范围1000～100000；所述糖类为葡萄糖、麦芽糖、蔗糖或果糖中的一种或几种的混合。优选的，聚乙烯亚胺和糖类的总浓度为5％-30％，糖类选用麦芽糖，更有利于凝固，同时更有利于导电层的生长。

一种导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：提供平面网格状的丝网，将所述丝网贴附于基底，形成第一基底。丝网和基底的形状大小可以按照实际产品的尺寸调整，所述丝网的孔径为10-500μm，优选的，在20-200μm之间；丝径为500nm-5μm。

网孔形状可以为正方形、长方形、圆形、椭圆形、菱形、平行四边形或其他多边形。

基底可以是无机的玻璃基底，也可以是有机的柔性基底，例如聚酯薄膜(PET)、聚酰亚胺薄膜(PI)等。

为了保证良好的印刷效果，丝网与基底之间需要紧密贴敷、无空隙，保证在后续的步骤中，可以形成完整的一致性好的导电薄膜。

步骤二：将上述水溶性胶体涂敷在所述第一基底上，通过刮涂的方法将上述水溶性胶体刮涂在丝网上，并使水溶性胶体渗入丝网的网孔、接触基底。

刮涂完成后，形成第二基底，在第二基底中，所述水溶性胶体的厚度不高于所述丝网的厚度，丝网的远离基底的上表面需要裸露在外，也就是说水溶性胶体的上表面与丝网的上表面齐平或低于丝网的上表面，以便后续步骤中丝网脱出。

水溶性胶体中所述聚乙烯亚胺和所述糖类的总浓度为1％-35％，优选的，在5％-30％范围内，在此范围内，水溶性胶体的流动性较好，且易于凝固以便在后续的步骤中与丝网分离。

步骤三：将所述第二基底在70-115摄氏度的环境下烘烤，使水溶性胶体中的水分蒸发，流动性降低，使得网孔中的所述水溶性胶体凝固成水溶性胶块，水溶性胶块的厚度小于水溶性胶体的厚度，取下丝网，而网孔中的水溶性胶块贴附在基底表面，且各个水溶性胶块之间存在清晰的间隔，间隔中的基底表面完全裸露，形成胶块模板。

烘烤的环境温度控制在70-115摄氏度之间，可以加快水溶性胶体凝固的速度，缩短生产周期，同时也不会破坏水溶性胶体的化学成分，使得凝固后的水溶性胶块形状完整，边缘清晰，提高导电薄膜的成品率，减小成本。当环境温度低于70摄氏度时，水溶性胶体凝固缓慢，生产周期加长，当环境温度高于115摄氏度时，水溶性胶体的物性被破坏，发生固化反应而不能再溶解于水。

步骤四：用镀膜的方法在胶块模板上形成导电层，获得过渡薄膜，导电层包括形成在基底上的导电网格薄膜和形成在水溶性胶块上的导电片，为了在后续步骤中分离出导电网格薄膜，导电网格薄膜的厚度需要小于水溶性胶块的厚度，防止导电网格薄膜与导电片发生粘连。

具体的，可以通过蒸镀、磁控溅射、电子束沉积、气相化学沉积、或脉冲激光沉积等镀膜的方法在胶块模板表面生长一层导电层，导电层的厚度为50nm-1μm。

另外，导电层可以为单层结构，厚度在200nm-1μm之间，优选的，厚度在400nm-600nm之间；也可以为多层结构，多层结构的情况，可以是不同种类材料膜层的叠加，各层厚度根据性能的要求和材料特性调节，例如三层结构中，***两层选用化学稳定性好的材料，如铝、镍、或耐腐蚀的合金，厚度为50nm-150nm，中间层选用导电性好的材料，如铜、银，厚度为300nm-500nm，使其既能满足导电率透光率的要求，又能满足耐腐蚀、抗老化的要求，另外各层厚度的总和需要小于水溶性胶块的厚度。

导电材料选择也很丰富，可以是单质金属或者合金金属，也可以是石墨烯或者其他导电材料。

步骤五：用水清洗所述过渡薄膜，使得所述水溶性胶块溶解于水，所述导电片脱落，获得所述导电薄膜。清洗过程中需要控制水流速度和清洗方向，以免脱落的导电片破坏导电网格薄膜的结构。

(实施例一)

结合参考图1、图2(a)-2(d)、图3-4，本实施例中导电薄膜的制备方法包括以下步骤：

步骤一：提供一个平面网格状的丝网102，其材质为镍，尺寸为10cm×10cm，网孔为正方形，孔径为100μm，丝径为2μm。将丝网102贴附于基底101表面，形成第一基底11。本实施例中，基底为PET薄膜。

步骤二：将浓度为30％的水溶性胶体103涂刮在第一基底11上，形成第二基底12，在第二基底12中，水溶性胶体103的厚度不高于丝网102的厚度，并使水溶性胶体103渗入丝网102的网孔并附着于PET基底101。

步骤三：将第二基底12在100摄氏度的环境下烘烤2-10分钟，以去除水分，并使得所述水溶性胶体103凝固成水溶性胶块104，水溶性胶块104的厚度小于水溶性胶体103的厚度，取下丝网102，从而得到印刷有水溶性胶块104的微纳阵列的PET薄膜，即胶块模板13。印刷的水溶性胶块104具有稳定的方块形状，方块边长为100μm，方块间隙2μm，间隙底部为裸露的PET基底101。如图3所示是经烘烤后去除丝网前的胶块模板与丝网的正面结构示意图。

步骤四：用磁控溅射的方法在胶块模板13上形成导电层105，获得过渡薄膜14，导电层105均匀地沉积在水溶性胶块104的表面以及水溶性胶块之间的狭缝内，导电层105包括形成在基底101上的导电网格薄膜1052和形成在水溶性胶块104上的导电片1051，导电网格薄膜1052和导电片1051厚度相同，导电网格薄膜1052的厚度小于水溶性胶块104的厚度；本实施例中导电层105的材质为铜，厚度为500nm。

步骤五：用水清洗过渡薄膜14，使得水溶性胶块104溶解于水，导电片1051脱落，而狭缝内的铜膜1052还存留在基底101表面，从而获得导电薄膜10(透明导电微纳铜薄膜)，如图4所示是导电薄膜10的正面结构示意图。

所制得的导电薄膜10的方块电阻为0.95Ω，电导率高，350nm-750nm波长的透过率均在85％以上，透明度好。且在制备过程中，不会产生有毒有害化学废液，生产过程安全。

综上所述，根据本发明的水溶性胶体，该胶体流动性好、粘度可调节、易溶于水且无毒无害，在镀膜过程中导电材料可以在其表面形成致密均匀的导电层。本发明的透明导电薄膜，具有如下有益效果：第一，采用对环境友好的物理方法制备，避免产生有毒有害化学废液；第二，导电薄膜的均匀性、一致性好，一体化成型无界面，电导率高；第三，材料选择丰富，成本低。

本发明的导电薄膜应用范围很广，例如，将上述得到的导电薄膜覆盖于基材表面，经过处理可得到电容式触控面板，连接控制器及软件驱动程序后，可实现单点触控和多点触控功能，并且具有非常好的柔性，达到预期目标。再例如，将上述得到的导电薄膜分别覆盖于塑胶型液晶膜的两面，以两侧的导电薄膜为电极形成夹层式结构的平面电容，在两个电极上施加一定的电压时可在电极之间形成电场，从而使原本雾化的液晶薄膜变透明，从而实现电致调光的作用，可应用于建筑的电致调光玻璃或汽车的智能车窗。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应当视为本发明的保护范围。