一种复合导电膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种复合导电膜及其制备方法和应用，所述复合导电膜包括纤维素类物质、石墨烯材料和金属粒子；其中，所述纤维素类物质和石墨烯材料相互搭接，所述金属粒子填充在所述纤维素类物质和石墨烯材料相互搭载形成的空隙处。本发明专利技术提供的复合导电膜具有优异的导电性能，同时由于纤维素类物质和石墨烯材料的加入，可以避免金属粒子和空气接触，从而解决了利用金属粒子代替ITO作为导电相时易被氧化的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种复合导电膜及其制备方法和应用
本专利技术属于导电材料领域，涉及一种复合导电膜及其制备方法和应用。
技术介绍
铟锡氧化物(ITO)是目前在光电器件中用来制备导电膜中应用最为广泛的一类材料，ITO导电膜是一种具有导电功能的氧化铟锡薄膜，基材通常为PET材质，是在PET薄膜上形成以稀有金属铟(In)为主要原料的ITO(IndiumTinOxide)靶材而制成的。作为一种n型半导体材料，ITO导电膜具有较高的自由载流子浓度(电阻率低)、禁带宽度、可见光谱区光透射率高等光学特征，基于其透光率和导电性能较好，ITO导电膜被广泛应用于平板显示器件、太阳能电池等诸多领域。高的可见光透光率与相当低的电阻率结合在一起，使ITO薄膜成为目前综合性能最优异的透明导电材料之一。但是，铟锡氧化物价格高、铟资源短缺、材料具有脆性以及铟的毒性等因素而导致其急需被替代，金属银、铜等因其良好的导电性备受关注，CN100549219A公开了一种氧化镓-氧化锌系溅射靶、透明导电膜的形成方法及透明导电膜，其含有20-2000质量ppm的氧化锆，在氧化镓-氧化锌系溅射靶中添加微量的规定元素，可改善其导电性和靶的体积密度，但是制备方法较复杂，且机械强度不太高，限制了其应用。CN101160632A公开了一种金属导电膜的制备方法，其利用金属微粒分散液形成涂覆液，然后涂敷在基材上进干燥压缩处理得到导电膜，其金属微粒选自贵金属粒子、铜粒子或镍等微粒，虽然得到了导电膜，但是金属粒子容易被氧化，例如，铜变为氧化铜之后几乎不导电，从而使其应用受到限制。因此，需要开发一种新的复合导电膜，使其中包含的金属粒子不易被氧化，从而使其具有优良的导电性能且可同时延长复合导电膜的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复合导电膜及其制备方法和应用，复合导电膜中包括的金属粒子不易被氧化，从而使其具有优良的导电性能且可同时延长复合导电膜的使用寿命。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种复合导电膜，所述复合导电膜包括纤维素类物质、石墨烯材料和金属粒子。其中，所述纤维素类物质和石墨烯材料相互搭接，所述金属粒子填充在所述纤维素类物质和石墨烯材料相互搭载形成的空隙处。本专利技术提供的复合导电膜具有优异的导电性能，同时由于纤维素类物质和石墨烯材料的加入，可以避免金属粒子和空气接触，从而解决了利用金属粒子代替ITO作为导电相时易被氧化的问题。在本专利技术中，以复合导电膜的质量为100％计，所述纤维素类物质的含量为90-99.5wt％，例如92wt％、94wt％、96wt％、98wt％、99wt％等。以复合导电膜的质量为100％计，所述石墨烯材料的含量为0.25-5wt％，例如0.5wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、4.5wt％等。以复合导电膜的质量为100％计，所述金属粒子的含量为0.25-5wt％，例如0.5wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、4.5wt％等。本专利技术中限定了金属粒子的质量百分含量，若金属粒子的含量较少，则可能会影响复合导电膜的导电性；若金属粒子的含量过多，过多的金属粒子容易发生团聚，导致其暴露在空气中而被氧化，从而影响复合导电膜的性能。优选地，所述金属粒子包括金、银、铜和铝中的任意一种或至少两种的组合，优选银和/或铜。优选地，所述金属粒子的粒径为5-10nm，例如5.5nm、6nm、6.5nm、7nm、7.5nm、8nm、8.5nm、9nm、9.5nm等。本专利技术优选粒径为5-10nm的金属粒子，若粒径过小，则成膜后不利于导电网络的形成，从而影响膜的导电性；若粒径过大，则金属粒子容易暴露在表面，与空气接触而被氧化。优选地，所述纤维素类物质包括纳米纤维素、微纳米纤维素和微纳米木质素纤维素中的任意一种或至少两种的组合。在本专利技术中，所述纳米纤维素是指直径为2-60nm，长径比15-4000的纤维素，所述微纳米纤维素是指直径为1-10μm，长径比为1-100的纤维素，所述微纳米木质素纤维素为含有木质素成分的微纳米纤维素。优选地，所述纤维素类物质的直径为2-60nm，例如5nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm等，长径比为15-4000，例如20、50、100、500、1000、2000、3000、3500等。优选地，所述石墨烯材料包括单层石墨烯、双层石墨烯、多层石墨烯、改性石墨烯、还原氧化石墨烯、生物质石墨烯或石墨烯衍生物中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述石墨烯材料通过机械剥离法、氧化还原法、热裂解法、插层剥离法、化学气相沉积法、液相剥离法或生物质水热碳化法制备得到。优选地，所述石墨烯材料的厚度小于10nm，例如9nm、8nm、5nm、4nm、1nm、0.5nm等。优选地，所述石墨烯材料的电导率大于2000S/m，例如2500S/m、3500S/m、6000S/m、8000S/m等，进一步优选大于3000S/m，更进一步优选大于5000S/m。优选地，所述复合导电膜还包括导电炭黑、碳纳米管和碳纤维中的任意一种或至少两种的组合。优选地，以复合导电膜的质量为100％计，所述导电炭黑的含量为0.1-2wt％，例如0.3wt％、0.6wt％、0.8wt％、1wt％、1.5wt％、1.8wt％等。优选地，以复合导电膜的质量为100％计，所述碳纳米管的含量为0.1-2wt％，例如0.3wt％、0.6wt％、0.8wt％、1wt％、1.5wt％、1.8wt％等优选地，以复合导电膜的质量为100％计，所述碳纤维的含量为0.1-1wt％，例如0.2wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.8wt％、0.9wt％等。第二方面，本专利技术提供了如第一方面所述的复合导电膜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)将纤维素类物质分散液和石墨烯材料分散液混合后，加入金属前驱体和还原剂，得到混合液；(2)混合液发生水热反应，然后除去溶剂使混合液成膜，得到所述复合导电膜。优选地，步骤(1)所述纤维素类物质分散液的浓度为0.5-2wt％，例如0.6wt％、0.8wt％、1wt％、1.2wt％、1.4wt％、1.6wt％、1.8wt％等。优选地，步骤(1)所述石墨烯材料分散液的浓度为0.00125-0.1wt％，例如0.005wt％、0.008wt％、0.009wt％、0.01wt％、0.02wt％、0.05wt％、0.08wt％等。优选地，步骤(1)所述石墨烯材料分散液中还包括分散剂。优选地，所述分散剂包括阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两亲性表面活性剂和纤维素类分散剂中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、羧甲基纤维素和羟乙基纤维素中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述分散剂的加入量与所述石墨烯材料的质量比为1:(1-5)，例如1:2、1:3、1:4等。优选地，步骤(1)所述混合为超声分散。优选地，步骤(1)所述金属前驱体为AuCl3、AgNO3、CuCl2、CuSO4、Cu(NO3)2、AlCl3和Al2(SO4)3中的任意一种或至少两种的组合。优选地，步骤(1)所述还原剂为硼氢化钠、抗坏血酸、水合肼、葡萄糖、柠檬酸钠、连二亚硫酸钠、次磷酸钠、二氧化硫脲或氢碘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合导电膜，其特征在于，所述复合导电膜包括纤维素类物质、石墨烯材料和金属粒子；其中，所述纤维素类物质和石墨烯材料相互搭接，所述金属粒子填充在所述纤维素类物质和石墨烯材料相互搭载形成的空隙处。

【技术特征摘要】
1.一种复合导电膜，其特征在于，所述复合导电膜包括纤维素类物质、石墨烯材料和金属粒子；其中，所述纤维素类物质和石墨烯材料相互搭接，所述金属粒子填充在所述纤维素类物质和石墨烯材料相互搭载形成的空隙处。2.根据权利要求1所述的复合导电膜，其特征在于，以复合导电膜的质量为100％计，所述纤维素类物质的含量为90-99.5wt％；以复合导电膜的质量为100％计，所述石墨烯材料的含量为0.25-5wt％；以复合导电膜的质量为100％计，所述金属粒子的含量为0.25-5wt％。3.根据权利要求1或2所述的复合导电膜，其特征在于，所述金属粒子包括金、银、铜和铝中的任意一种或至少两种的组合，优选银和/或铜；优选地，所述金属粒子的粒径为5-10nm。4.根据权利要求1-3中的任一项所述的复合导电膜，其特征在于，所述纤维素类物质包括纳米纤维素、微纳米纤维素和微纳米木质素纤维素中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述纤维素类物质的直径为2-60nm，长径比为15-4000。5.根据权利要求1-4中的任一项所述的复合导电膜，其特征在于，所述石墨烯材料包括单层石墨烯、双层石墨烯、多层石墨烯、改性石墨烯、还原氧化石墨烯、生物质石墨烯和石墨烯衍生物中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述石墨烯材料通过机械剥离法、氧化还原法、热裂解法、插层剥离法、化学气相沉积法、液相剥离法或生物质水热碳化法制备得到；优选地，所述石墨烯材料的厚度小于10nm；优选地，所述石墨烯材料的电导率大于2000S/m，进一步优选大于3000S/m，更进一步优选大于5000S/m。6.根据权利要求1-5中的任一项所述的复合导电膜，其特征在于，所述复合导电膜还包括导电炭黑、碳纳米管和碳纤维中的任意一种或至少两种的组合；优选地，以复合导电膜的质量为100％计，所述导电炭黑的含量为0.1-2wt％；优选地，以复合导电膜的质量为100％计，所述碳纳米管的含量为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文平，张安，张金柱，梁蒙蒙，
申请(专利权)人：山东圣泉新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37