[发明专利]一种具有反衬金字塔凹坑阵列的高耐折镍导电膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于导电薄膜和导电纸技术领域，具体涉及一种具有反衬金字塔凹坑阵列的高耐折镍导电膜的制备方法。

背景技术

未来的可穿戴电子产品具有轻薄化、便携式、可弯曲、甚至可折叠等性能，使得人们可以舒适佩戴及方便携带，成为当前的研究热点。将电源、电路、功能电子元器件(如传感器、电子触摸板和通讯设备等)置入到衣服中制备成智能衣服并实现特定的功能，被认为是未来可穿戴电子设备最主要的发展方向。还有开发可折叠手机、可折叠射频识别标签、电子报纸、可变型电子产品、可折叠传感器和可折叠电源(锂离子电池、超级电容器和太阳电池等)等将有利于方便携带。而实现上述可穿戴设备最关键是研发出可以弯曲和折叠的导电基底和电路。常规的导电膜材料如氧化铟锡(ITO)，因其本身质脆，在弯曲的时候易损，故很难能满足上述柔性可折叠电子器件的要求[Z.Chen,et al.Engineering Fracture Mechanics,2002,69,597-603]。

目前，文献或专利大都采用金属纳米线并以柔性衬底支撑或自支撑制备导电布、导电膜、导电纸等，但金属纳米线的大量搭接处存在点接触电阻，无法得到理想的导电或机械性能。对金属纳米线间的结接触电阻问题，之前文献报道采用高温热处理工艺消除合成过程中纳米线表面残留的有机物及熔融纳米线间的结位置。但承载纳米线的衬底如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PE(聚乙烯)或纸无法忍受150℃以上的温度[E.C.Garnett,et al.Nat Mater,2012,11:241-249]。还有文献报道采用机械施压[G.-W.Huang,et al.Nanoscale,2014,6:8495-8502]或脉冲光等离子体激元波熔接结点以增强导电性[R.-Z.Li,et al.ACS Applied Materials&Interfaces,2014,6:21721-21729]。Huang等报道银纳米线电路纸经历50次折叠后电阻相对于初始值有小于5％的偏离，作为对比，商用的蚀刻铜电路(以PET为衬底)和商用的银导电胶电路(以纸为衬底)只能分别经受5次和6次的折叠[G.-W.Huang,et al.Nanoscale,2014,6:8495-8502]。Whitesides等在Xerox 32lb光面相片纸上蒸渡锡线制备可折叠电路,在第6次连续完全对折后完全断开[A.C.Siegel,et al.Advanced Functional Materials,2010,20:28-35]。对于置入衣服的可穿戴设备，折叠是不可避免的。因此，迫切开发一种新的工艺制备同时满足高导电性和高耐折强度的低成本导电基底。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有反衬金字塔凹坑阵列的高耐折镍导电膜的制备方法，该方法工艺简单、易于操作控制、成本低。通过该方法制备的镍导电膜利用其表面的反衬金字塔结构分散应力，可实现折叠且导电性能优异。该镍导电膜是一种无基底自支撑薄膜，使用方便，可根据需要焊接或粘贴到所需电路上，同时其稳定性优异，可应用于高温或者潮湿等更多环境场合。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

一种具有反衬金字塔凹坑阵列的高耐折镍导电膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)取镍盐、聚乙烯吡咯烷酮、水合肼、氨水在容器中搅拌均匀得到混合液；

(2)将混合液倒入水热反应釜中，再将具有金字塔绒面结构的硅片基底呈斜倚状放入到反应釜中，密闭后放入恒温箱中，调节反应温度为100～230℃，反应时间是1～24小时，反应后冷却至室温；

(3)取出反应容器中的样品，清洗、烘干后，将镍导电膜从硅片基底层揭下后即可分离获得自支撑的具有反衬金字塔结构的镍导电膜。

本发明步骤(1)中镍盐、聚乙烯吡咯烷酮、水合肼、氨水的质量体积比为0.1～5g︰0.1～5g︰1～60mL︰1～60mL。

本发明步骤(1)中所述的镍盐为硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、乙酸镍中的一种或几种。

本发明步骤(1)中所述的水合肼的浓度为20～80w/w％；所述的氨水的浓度为5～25w/w％。

本发明步骤(1)中搅拌的时间为5min～1h。

本发明步骤(2)中所用的密闭的水热反应釜为高温高压反应釜，所述的高温高压反应釜具有金属壳体，在金属壳体中设置有密闭的塑料或玻璃内衬，其中所述的塑料为聚四氟乙烯。

本发明步骤(3)中清洗采用去离子水和无水乙醇先后洗涤数次。

本发明步骤(3)中烘干时的温度为50～70℃，烘干时间为1～48h。