TWI520911B - 奈米銀線的製備方法 - Google Patents

Description

奈米銀線的製備方法

本發明是有關於一種透明導電膜的製備方法，且特別是有關於一種奈米銀線的製備方法。

透明導電材料可以應用在許多產品上，如平面顯示器、觸控面板以及太陽能電板等等的光電元件，因此其需求量越來越大。目前，透明導電材料以氧化銦錫(indium tin oxide；ITO)為主。由於銦的價格高且供應受限，氧化銦錫薄膜的硬脆特性，以及氧化銦錫薄膜所需的昂貴沉積設備及沉積條件，使得氧化銦錫薄膜的製造成本始終居高不下。因此，如何獲得成本低與製程穩定性高的透明導電膜，一直是商品化技術的重點。

因此，本發明之一方面是在提供一種奈米銀線的製備方法，其包括下述各步驟。首先，分別製備聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone；PVP)、氯化鈉與硝酸銀的乙二醇溶液。然後加熱該PVP的乙二醇溶液至155-165℃， 並維持溫度直至反應完成。再加入該氯化鈉的乙二醇溶液至該PVP的乙二醇溶液中，以形成一混合溶液。接著，霧化該硝酸銀乙二醇溶液的液滴，以形成微米等級的霧滴，加入至該混合溶液中，以形成一反應溶液，生成奈米銀線。最後終止反應，純化出奈米銀線。

依據本發明一實施例，上述霧化該硝酸銀乙二醇溶液之液滴的方法為超音波震盪。

依據本發明另一實施例，上述超音波震盪的頻率範圍為25-120KHz。

依據本發明又一實施例，上述該超音波震盪的功率範圍為1-7W。

依據本發明再一實施例，上述該些霧滴的尺寸範圍為20-80μm。

依據本發明再一實施例，上述該硝酸銀乙二醇溶液之霧滴的添加速率為3.79×10^-4-4.66×10^-3M/min。

上述發明內容旨在提供本揭示內容的簡化摘要，以使閱讀者對本揭示內容具備基本的理解。此發明內容並非本揭示內容的完整概述，且其用意並非在指出本發明實施例的重要/關鍵元件或界定本發明的範圍。在參閱下文實施方式後，本發明所屬技術領域中具有通常知識者當可輕易瞭解本發明之基本精神及其他發明目的，以及本發明所採用之技術手段與實施方面。

110‧‧‧超音波震盪器

120‧‧‧滴加器

130‧‧‧硝酸銀溶液

140‧‧‧液滴

150‧‧‧霧滴

160‧‧‧混合溶液

為讓本發明之下述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附附圖之說明如下：第1圖為滴加硝酸銀的乙二醇溶液至含有其餘試劑之混合溶液中的示意圖。

第2-7圖分別為對照例以及實驗例2-6的掃描電子顯微鏡圖。

第8圖顯示熱處理溫度對奈米銀線導電度的影響。

依據上述，提供一種奈米銀線的製備方法。此製備方法的奈米銀線產率大於70%，且奈米銀線的長徑比可高達400。在下面的敘述中，將會介紹上述之奈米銀線的例示製造方法。為了容易瞭解所述實施例之故，下面將會提供不少技術細節。當然，並不是所有的實施例皆需要這些技術細節。同時，一些廣為人知之結構或元件，僅會以示意的方式在附圖中繪出，以適當地簡化附圖內容。

奈米銀線的製備方法

先分別製備聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone；PVP)、氯化鈉與硝酸銀的乙二醇(ethylene glycol)溶液。上述PVP溶液的濃度範圍為0.05-0.5M。氯化鈉溶液的濃度範圍為2.1×10^-4-1.0×10^-2M。上述硝酸銀溶液的濃度範圍為5.0×10^-4-0.03M。

接著，加熱PVP的乙二醇溶液至155-165℃，維持10-50分鐘，以讓PVP完全溶解。然後，加入氯化鈉的乙二醇溶液，持續加熱10-30分鐘，讓氯化鈉溶解。

第1圖為滴加硝酸銀的乙二醇溶液至含有其餘試劑之混合溶液中的示意圖。在第1圖中，使用加裝超音波震盪器110的滴加器120，讓硝酸銀的乙二醇溶液130的液滴140霧化至微米尺寸的霧滴150，再滴加至上述加熱中含有其餘試劑的混合溶液160中，進行攪拌。攪拌速率為150-500rpm，硝酸銀的乙二醇溶液之添加速率為3.79×10^-4-4.66×10^-3M/min。當所有的硝酸銀溶液添加完畢溶液顏色即為銀灰色後，再反應0.5-2.0小時，反應即會自行終止。

接著，讓終止反應後的反應溶液進行離心步驟(轉速5000-10000rpm，離心時間為10-60分鐘)，讓奈米銀線沉積在離心管的底部。然後再利用濾膜(濾膜孔徑0.02-5μm)，去除銀微粒。

實施例一：超音波頻率對硝酸銀溶液霧滴尺寸及對奈米銀線生成的影響

在此先探討超音波在6.2W的功率下，不同震盪頻率對硝酸銀溶液霧滴尺寸及對奈米銀線生成的影響為何。首先，先改變不同的超音波震盪頻率，以製造出不同尺寸的硝酸銀溶液的液滴或霧滴。

然後使用上述方法來合成奈米銀線，其中PVP溶液的濃度為0.15M，氯化鈉溶液的濃度為2.1×10^-3M，硝酸銀溶液的濃度為0.091M，且硝酸銀溶液的添加速率為2.45×10^-3M/min。其他反應參數還有反應溫度為160±1℃，攪拌速率為200rpm。

所得的結果請見下面的表一。比較表一中之比較例、實驗例1與實驗例2可知，在反應過程中添加硝酸銀溶液時，若能先利用超音波震盪器來霧化硝酸銀溶液的液滴，再滴加至含有其餘試劑的混合溶液中，不僅可以提升奈米銀線長徑比的數值，還可以增加產率。而比較實驗例1與實驗例2可知，當超音波頻率越大，硝酸銀溶液的霧滴尺寸越小，則奈米銀線的長徑比越大，產率也越高。

實驗例二：硝酸銀溶液的添加速率對奈米銀線生成的影響

本實驗例利用上述方法來合成奈米銀線，其中PVP乙二醇溶液的濃度為0.15M，硝酸銀乙二醇溶液的濃 度為0.091M，氯化鈉乙二醇溶液的濃度為2.1×10^-3M。其他反應參數還有反應溫度為160±1℃，攪拌速率為200rpm。超音波震盪的震盪頻率為48kHz以及功率為6.2W。

硝酸銀乙二醇溶液的添加速率的計算方式為將單位時間所添加的硝酸銀總莫耳數除以含有其他試劑的乙二醇溶液總體積(亦即第1圖中之混合溶液160的總體積)，得到單位時間所添加的濃度。硝酸銀乙二醇溶液的添加速率與奈米銀線外型的數據列在下面的表二中。

由上面表二的數據可知，奈米銀線的長徑比隨著硝酸銀溶液的添加速率的增加而增加(實驗例3-5)，而後又下降(實驗例6)。顯示硝酸銀乙二醇溶液的添加速率有一適當範圍，約為1.2-5×10^-3M/min左右。

實驗例三：熱處理溫度對奈米銀線導電度的影響

在此實施例中，測試合成出之奈米銀線在經過不同溫度的熱處理後，其導電度的變化情形。用來測試的奈米銀線，其長度為17-20μm，直徑為100nm。奈米銀線的懸浮水溶液的固成分為0.4%，在秤取相同重量的奈米銀線懸浮水溶液後，然後分別在不同溫度下烘烤30分鐘，即得測試樣品。待回到室溫，再利用四點探針來檢測導電度。所得數據如下面表三以及第8圖。

由表三與第8圖的結果可知，奈米銀線在經過80℃以上的溫度烘烤後，可以大幅增加其導電度。尤其在100-260℃範圍內進行熱處理，可以讓奈米銀線的導電度增加至大於1000S/cm。而此結果也顯示所得奈米銀線也可在不高於260℃的高溫環境下應用。

由以上的結果可知，利用超音波震盪來霧化硝酸銀的液滴以及控制硝酸銀的進料速率，可以得到高產率 及高品質的奈米銀線。對於降低透明導電薄膜的製造成本，具有很大的助益。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

110‧‧‧超音波震盪器

120‧‧‧滴加器

130‧‧‧硝酸銀溶液

140‧‧‧液滴

150‧‧‧霧滴

160‧‧‧混合溶液

Claims (5)

1. 一種奈米銀線的製備方法，該製備方法包括：分別製備聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone；PVP)、氯化鈉與硝酸銀的乙二醇溶液；加熱該PVP的乙二醇溶液至155-165℃，並維持溫度直至反應完成；加入該氯化鈉的乙二醇溶液至該PVP的乙二醇溶液中，以形成一混合溶液；超音波震盪霧化該硝酸銀乙二醇溶液的液滴，以形成微米等級的霧滴；加入該些霧滴至該混合溶液中，以形成一反應溶液，生成複數根奈米銀線；冷卻該反應溶液；以及純化該些奈米銀線。
2. 如請求項1所述之奈米銀線的製備方法，其中該超音波震盪的頻率範圍為25-120KHz。
3. 如請求項1所述之奈米銀線的製備方法，其中該超音波震盪的功率範圍為1-7W。
4. 如請求項1所述之奈米銀線的製備方法，其中該些霧滴的尺寸範圍為20-80μm。
5. 如請求項1所述之奈米銀線的製備方法，其中該硝酸銀乙二醇溶液之霧滴的添加速率為添加3.79×10^-4-4.66×10^-3M/min的硝酸銀。