高透明导电纳米纸及纸基电致发光设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高透明导电纳米纸及纸基电致发光设备，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可聚合低共熔溶剂透明导电油墨层，所述纸基电致发光设备包括上下两层所述的高透明导电纳米纸和位于两层高透明导电纳米纸之间的发光层。本实用新型专利技术所述的高透明导电纳米纸具有优异的光学、力学和电学性能，还具有优异的耐弯折性能和电学稳定性，能够成功应用于纸基电致发光设备中，为柔性纸基电子元器件的发展起到了推动作用。

【技术实现步骤摘要】
高透明导电纳米纸及纸基电致发光设备
本技术涉及导电纸
，更具体地，本技术涉及高透明导电纳米纸及含有该高透明导电纳米纸的纸基电致发光设备。
技术介绍
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些问题，如(1)硬质的导电填料与软的纤维素之间存在杨氏模量不匹配的问题，导致在弯折过程中复合网络中的导电填料容易脱落；(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，现有导电纸的制备工艺大多是通过沉积法，如真空抽滤、喷涂、溅射等，将导电层的厚度控制在50nm以内，但繁复的沉积工艺需要苛刻的高压或高温条件，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。
技术实现思路
本技术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拉能性能和电学稳定性均优异。一种高透明导电纳米纸，包括纳米纤维素纸和覆在纳米纤维素纸上的可聚合低共熔溶剂透明导电油墨层；所述可聚合低共熔溶剂透明导电油墨层的厚度为100～500μm；所述纳米纤维素纸的厚度为40～100μm。本申请所述的可聚合低共熔溶剂透明导电油墨层是指由可聚合低共熔溶剂(PDES)与交联剂、引发剂固化制得的透明导电油墨层。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，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透明导电油墨层，能够得到的透过率(550nm)高达到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。本技术所述的可聚合低共熔溶剂透明导电油墨层通过丝网印刷、柔板印刷、平版印刷、微凹涂布的方式覆在纳米纤维素纸上。本技术所述的高透明导电纳米纸通过如下制备方法得到：S1、制备透明导电油墨：将氢键受体和氢键供体于60～100℃反应3～5h得到澄清透明的可聚合低共熔溶剂(PDES)，向低共熔溶剂中加入交联剂和光引发剂，搅拌混合均匀得到导电油墨；S2、制备高透明导电纳米纸：将步骤S1制备的导电油墨转移到印刷涂布设备上，在纳米纤维素纸张上进行涂布导电油墨，将涂布完成的纸张在紫外光辐照下固化得到高透明导电纳米纸。目前基于CNF型导电纸大都是与纳米金属线如纳米银线(AgNWs)等相复合制备的，而这些纳米金属线制备过程复杂，成本远高于可聚合低共熔溶剂，另外制备纸张的各项性能也会受到纳米金属线添加量的影响。本申请制备透明导电纳米纸的过程中无需额外添加导电填料，能够快速光聚合、易于制备，也无需添加任何有机溶剂，不会对环境产生污染。本申请基于纳米纤维素、低共熔溶剂和丝网印刷工艺制备高透明导电纳米纸(TCNP)的过程非常简易，制得的导电纸具有较高的透明度(在550nm处透过率约为92.5％)，较好的拉伸性能(拉伸形变约12％)和电学稳定性(150゜下折叠6000次，电阻仅仅增加约0.4％)。氢键受体可以为氯化胆碱、无水甜菜碱、一水甜菜碱、氯化铵、甲基三苯基溴化磷、苄基三苯基氯化磷钟的一种或多种，所述氢键供体可以为丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、马来酸、衣康酸、柠康酸、乌头酸、山梨酸中的一种或多种，氢键供体与氢键受体的摩尔比不小于1:3，交联剂的用量为可聚合低共熔溶剂总量的0.1％～5％；光引发剂的用量为可聚合低共熔溶剂总量的0.1％～5％。所述交联剂为含碳碳双键的丙烯酸酯类活性单体。具体地，所述交联剂为二缩三丙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯等中的一种或多种本技术所述的纳米纤维素纸可以使用市面上销售的现有纳米纤维素纸，也可以采用自制的纳米纤维素纸。优选地，自制纳米纤维素纸的制备过程如下：(1)制备纳米纤维素浆料：将绝干浆用去离子水浸泡，使其溶胀，然后疏解，使纤维在水中分散均匀得到浆料，加入TEMPO水溶液，搅拌使TEMPO和浆料混合均匀，再加入NaBr，搅拌均匀，再逐滴加入NaClO，开始计算反应时间，用NaOH或者HCl调节体系pH值，保持在pH在10～11，反应2～3h，至pH不再变化时加入乙醇终止反应，得到纳米纤维素水溶液；其中，TEMPO和绝干浆的质量比为(1～2)：100，NaBr与绝干浆的质量比为(5～15)：100，NaClO与绝干浆的质量比为(500～750)：100；(2)制备凝胶状纳米纤维素分散液：将纳米纤维素浆料进行过滤或抽滤，水洗去除浆料中的化学物质，再加入去离子水稀释浆料，将浆料转移至植物纤维纳米微射流均质机进行均质处理，制得透明凝胶状纳米纤维素；(3)制备纳米纤维素纸：将凝胶状纳米纤维素分散液倒入布氏漏斗真空抽滤得到纳米纤维素膜，再干燥即得CNF纸张。一种纸基电致发光设备，包括上下两层所述的高透明导电纳米纸和位于两层高透明导电纳米纸之间的发光层。即所述纸基电致发光设备包括依次层叠的纳米纤维素纸、可聚合低共熔溶剂透明导电油墨层、发光层、可聚合低共熔溶剂透明导电油墨层和纳米纤维素纸。优选地，所述发光层为ZnS:Cu/聚二甲基硅氧烷发光层。优选地，所述发光层的厚度为50～200μm。优选地，所述纸基电致发光设备为圆形、五角星形或蝴蝶形。本技术所述的纸基电致发光设备能够制作成可图案化显示的电致发光设备，如圆形、五角星形、蝴蝶形等等。与现有技术相比，本技术的有益效果为：本技术所述的高透明导电纳米纸具有优异的光学(可见光透过率达92.5％)、力学(最大拉伸形变达12％)和电学性能，还具有优异的耐弯折性能和电学稳定性，能够成功应用于纸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高透明导电纳米纸，其特征在于，包括纳米纤维素纸和覆在纳米纤维素纸上的可聚合低共熔溶剂透明导电油墨层；所述可聚合低共熔溶剂透明导电油墨层的厚度为100～500μm；所述纳米纤维素纸的厚度为40～100μm。/n

【技术特征摘要】
1.一种高透明导电纳米纸，其特征在于，包括纳米纤维素纸和覆在纳米纤维素纸上的可聚合低共熔溶剂透明导电油墨层；所述可聚合低共熔溶剂透明导电油墨层的厚度为100～500μm；所述纳米纤维素纸的厚度为40～100μm。


2.一种纸基电致发光设备，其特征在于，包括上下两层权利要求1所述的高透明导电纳米纸和位于两层高透明导电纳米纸之间的发光层。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：何明辉，张凯丽，陈广学，李仁爱，田君飞，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东;44