[发明专利]高透明导电纳米纸及其便捷制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种高透明导电纳米纸(TCNP)及其便捷制备方法与应用，所述高透明导电纳米纸包括纳米纤维素纸和覆在纳米纤维素纸上的透明导电油墨层，所述透明导电油墨层由可聚合低共熔溶剂与交联剂、引发剂固化制得。本发明通过使用可聚合低共熔溶剂作为导电油墨，纳米纤维素纸张作为透明衬底，结合印刷涂布工艺实现了高透明导电纳米纸的简易高效制备。制备出的高透明导电纳米纸表现出优异的光学、力学和电学性能。本发明制备的TCNP导电纸还具有优异的耐弯折性能和电学稳定性，并成功应用于纸基电致发光器件中，为柔性电子元器件的发展起到了推动作用。

技术领域

本发明涉及导电纸技术领域，更具体地，本发明涉及高透明导电纳米纸及其便捷制备方法与应用。

背景技术

作为未来电子工业的重要发展方向，具有柔性和绿色的功能电子元件是发展趋势，而纸张作为一种古老而广泛使用的材料，因其轻质、便携、柔性可弯曲、可折叠、可生物降解、环境友好和价格低等优点而吸引了广大研究人员的目光。此外，成熟的造纸技术也为快速、简单和低成本的纸基电子制造工艺铺平了道路。因此，纸张具备的这些特征赋予其在未来电子领域的无限可能性。然而，传统纸张是由直径在20-50μm的天然纤维素制备而成的，形成的多孔结构及较为粗糙的表面，使其具有较差的光学性能，因其表面粗糙度大，多孔结构和不透明性因而不能直接应用于电子元件中，且作为绝缘材料，纸张的电阻率和方块电阻分别约为10⁸-10¹²Ω.m、10¹¹-10¹⁵Ω.sq^-1，这些缺陷限制了传统纸张在柔性电子器件尤其是显示和光学导电器件中的实际应用。目前，解决这一问题最为有效的措施，是使用纳米纤维素来制备导电纳米纸。为了使纸张具备导电性，科研人员已将各类导电填料如金属粉末、导电炭黑、聚吡咯、聚苯胺、石墨烯等加入进纸张网络中来制备纸基导电复合材料。但是，目前生产的导电纸也存在一系列问题，如(1)硬质的导电填料杨氏模量较高，导致在弯折过程中与纸张纤维易发生脱落，且多次弯曲后电阻上升明显；(2)一些金属粉末存在氧化的问题，使纸张的导电性大打折扣；(3)一些碳基的导电材料与纸张复合后使纸张的透明度大大下降或者完全变成黑色。此外，现有高透明导电纸的制备工艺大多是通过物理沉积法，将导电层的厚度控制在50nm以内以获得较高的透明度，但繁复的沉积工艺需要苛刻的高压、真空或高温条件，能量消耗较大产出较低，限制了导电纸的实际应用。这些问题都极大地限制了导电纸应用领域的进一步扩大。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种不足，提供一种高透明导电纳米纸，其在550nm处透过率能达到92.5％，且所述高透明导电纳米纸力学性能和电学稳定性均优异。

本发明的另一目的在于一种高透明导电纳米纸的便捷制备方法，所述制备方法简单快速，制备过程中也无需使用任何有机溶剂，不会对环境产生污染，完全绿色环保。

一种高透明导电纳米纸(TCNP)，包括纳米纤维素纸和覆在纳米纤维素纸上的透明导电油墨层，所述透明导电油墨层由可聚合低共熔溶剂(PDES)与交联剂、引发剂固化制得。

可聚合低共熔溶剂是离子液体的一种，兼具透明、导电、环境友好等性能，本申请通过实验发现，可聚合低共熔溶剂能够应用于制备高透明度的导电纳米纸，通过在纳米纤维素纸上覆一层主要成分为可聚合低共熔溶剂的导电油墨层，能够得到透过率(550nm)高达92.5％、导电性能好、电学稳定性和力学性能均优异的导电纳米纸。所制备的高透明导电纳米纸还可以解决目前电子产品存在环境污染和资源浪费等问题。