MNWs-CNTs/PET复合耐磨柔性透明导电膜制备、界面结构及特性研究

Due to shortage of indium resources and brittleness of ITO, the wear-resistant, flexible, transparent, conducting films of metal nanowires (MNWs)-carbon nanotubes (CNTs) composite networks polyethylene terephthalate (PET)are prepared by the dip-coating and post-treatment process with optimized MNWs and CNTs and they are characterized with a high wear-resistance, a high visible light transparency, a low square resistance and an excellent heat conductance.The electrospinning and thermal reduction process is used to fabricate MNWs and the relation will be established between the MNWs characteristics and processing factors.By engineering of MNWs, CNTs and PET surfaces, the dispersion of MNWs and CNTs in solutions is investigated, leading a good interface strength between the PET substrate and networks of MNWs and CNTs. Then the behavior of tribology,visible light and electric carriers can be studied for the composite films. Based on the optimization of the processes for MNWs preparation, dispersion of MNWs and CNTs, dip-coating and post-treatment of composite films, the relationship can be realized among the composition, process, structure and properties.Consequently,the novel process for highly wear-resistant, flexible, transparent, conducting films of MNWs-CNTs/PET with a low cost can is developed. The interface structures between one-dimensional MNWs and CNTs, two-dimensional networks of MNWs-CNTs and the substrate of PET, et al, are systematically analyzed and theoretically, their effects on the microstructure and physi-chemical properties of the as-prepared composite films are obtained. Significantly, this work will advance the science and technology for nanocomposite materials and their applications.

因铟资源短缺及ITO脆性等问题，首次提出优化组合不同长度和特性的电纺金属纳米丝（MNWs）和碳纳米管（CNTs），以聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）为基体，通过表面功能化，采用浸涂和后处理技术形成MNWs-CNTs复合导电网络，制备耐磨、高可见光透射率、低方块电阻和高热导率膜材料。研究MNWs的电纺-热还原过程，建立MNWs特性与其制备过程参数之间的关系；探索和认识MNWs溶液分散、MNWs和CNTs表面功能化、MNWs-CNTs与PET结合状态、可见光和载流子在复合膜中的行为、复合膜的摩擦学行为等；建立复合膜组成、制备过程、结构与其物理化学性能的关系；开发出高性能、低成本MNWs-CNTs/PET复合耐磨柔性透明导电膜的制备技术。研究在复合膜形成过程中MNWs和CNTs之间、复合导电网络和PET基体之间等的界面结构，揭示其对复合膜微观结构和性能的影响规律，发展纳米复合先进材料科学与技术。

ITO基透明导电膜因其资源紧缺和脆性等问题已难以满足柔性电子器件的发展要求。基于金属纳米线（MNWs）的柔性透明导电膜因具有良好的导电性、透光率及可挠性成为目前研究的热点，有望成为理想的ITO替代材料。本项目基于优化组合不同长径比和特性的MNWs、CNTs形成导电网络，以同时实现高透光率和低方块电阻，并取得良好的耐弯折性能。主要研究内容及取得的成果包括：.（1）通过系统研究MNWs和柔性透明导电膜的制备过程，弄清了超细银纳米线（AgNWs）和铜纳米线（CuNWs）的生长机理，认识了MNWs基复合导电膜在形成过程中的各种表面及界面现象，揭示了复合导电网络结构对柔性透明导电膜的光、电、机械性能的影响规律，确立了材料制备过程—微观及界面结构—光电、机械性能的关系。.（2）优化了超细AgNWs和CuNWs及其悬浮液的制备工艺，并成功开发出包括喷涂法、转印法和浸渍法等高效、低成本制膜技术，确定了制备透光率高、导电性强的柔性透明导电膜工艺参数；发展了机械压制后处理技术，消除了复合膜中的缺陷并实现各组元之间的紧密接触，实现了良好的界面结合，提高了粘附性和耐弯折性。.（3）成功制备了平均直径40nm，长度15μm的AgNWs及平均直径60nm，长度20μm的CuNWs，可满足高性能柔性透明导电膜的要求；并开发出不同特性和适用于不用应用领域的AgNWs/PET、AgNWs-CNTs/PET、AgNWs-PEDOT:PSS/PET、AgNWs/PVC/AgNWs双层导电以及Cu-AgNWs/PET等一系列复合柔性透明导电膜；部分产品经具有国际电工委员会电子元器件质量评定体系（IECQ ）的第三方检测机构（深圳百思杰检测技术有限公司）按国际标准检测，获得的导电膜透光率在85~95%，方块电阻11~50 Ω/□，雾度在1~17%之间可调控，耐弯折次数可达4万次以上，超过目前为止文献报道的最高耐弯折次数（2万次），综合性能已达到国际先进水平。. 开发的高透光、低电阻透明导电膜具有良好的耐弯折性能，解决了透明导电膜在实际使用中面临的重复性机械挠曲、剧烈的人机碰撞或过度触摸而失效等难题，对设计和制造高性能、高可靠复合透明导电膜以满足柔性（触摸屏）显示技术、大面积薄膜太阳能电池、电磁屏蔽等飞速发展有着重大的应用价值和科学意义。