高品质纳米银线规模流场扩大合成技术及柔性透明导电膜研发及产业化

成果编号：27158

价格：面议

完成单位：南京大学

单位类别：985系统院所

完成时间：2020年

成熟程度：小批量生产阶段

服务产业领域：电子信息、装备制造、新材料

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发布人：南京大学技术转移中心在线

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银纳米线（AgNWs）透明导电薄膜是一种将纳米银线墨水材料涂抹在塑胶或者玻璃基板上，然后利用镭射光刻技术，刻画制成具有银线导电网络图案的一种透明导电薄膜。由于其特殊的制成物理机制，纳米银线的线宽的直径非常小，约为50nm，远小于1um，因而不存在莫瑞干涉的问题，其在导电性、透光性、弯曲性等方面优势明显，可以应用在各种尺寸的显示屏幕上。另外，由于线宽较小，银线技术制成的导电薄膜相比于金属网格技术制成的薄膜可以达到更高的透光率，例如3M公司采用微印压法制成的薄膜产品可以达到89%透光率。再次，纳米银线薄膜相比于金属网格薄膜具有较小的弯曲半径，且在弯曲时电阻变化率较小，应用在具有曲面显示的设备，例如智能手表，手环等上的时候，更具有优势。但是，目前制约AgNWs透明导电膜产业化应用的主要因素之一是纳米银线的产业化制备问题。纳米银线的制备方法多种多样，而其中多元醇法有着突出的优点，被认为是制备高质量纳米银线的最有效的方法。多元醇法以多元醇如乙二醇（EG）作为溶剂和还原剂，高分子表面活性剂如PVP作为包覆剂。在一定温度下，将银前驱体还原，得到五重孪晶颗粒，孪晶颗粒进一步定向生长成纳米银线。但是现有的多元醇法的合成多以实验室为主，以反应釜作为容器，一步法加入前驱体溶剂或抑制剂，通过底座温控，搅拌均匀，不适于工业化大规模生产。并且由于温控及溶液的加入无法控制均匀成核，因此对人为操作的经验程度要求较高，合成出的AgNWs的形貌和长径比大小不一，且通常不能复现，因此也无法满足工业化程序半自动生产。因此为了达到工业级规模化纳米AgNWs成产，实现半自动生产，并且得到产率较高，形貌尺寸均匀的银线至关重要。本项目旨在多元醇法的基础上采用流动化学合成来实现银线的大规模生产，并使用自主生产的纳米银线攻克纳米银线透明导电膜的卷对卷涂布工艺，实现纳米银线透明导电膜的全自主生产。本项目的意义在于将纳米AgNWs的实验室成果向工业应用推进一步，丰富柔性电子的产业链，为柔性显示领域扩大版图。

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成果介绍

科技计划：

成果形式：新技术、新工艺、新材料

合作方式：技术转让、技术开发、技术入股

参与活动： 2021年高校院所走进镇江产学研合作对接活动首届江苏产学研合作对接大会

专利情况：未申请专利

成果简介

综合介绍

创新要点

本项目创新研究拟解决纳米银线从传统的溶液向合成走向适用于工业应用的流动化学合成，在微流动基础之上进行放大，实现满足工业化生产的纳米银线的流动化学合成。因此在此过程中，项目的关键之处有以下四个：（1）管式反应装置的搭建及优化；包括反应器具备快速传热传质能力，多相微流的流速控制，利用3D打印制造复杂结构和通道的装置等；（2）纳米银线的前驱体溶液的配制；前驱体需满足流体微量输运技术的相关要求，前驱体的液液分散与液滴生成的 “特征尺度”通常在微米~毫米级；同时纳米~米级的传质、传热、动量传递及化学反应过程促使体系始终处于动态非均质的复杂状态。然而常规溶液的液液分散与液滴生成的调控尺度通常受限于毫米~米级别，因为需要对前驱体溶液进行改性研究；（3）纳米银线的流动合成的实验参数摸索，主要包括：快速反应区温度，前驱体液液相的流动混合速度等。（4）纳米银线透明导电浆料的制备，研发的纳米银线透明导电薄膜具有如下特征：合适的粘滞系数，导电性，以及恒温干燥无裂纹。

技术指标

基于前期的工作，项目已过小试阶段，目前已申请相关发明专利9项，形成完整的专利池，且相关创新技术已通过科技查新报告，小试已完成纳米银线流场设备搭建及前期的反应参数摸索，同时小试规模可达1千克/天，小试产品性能参数已通过第三方权威机构检测，并且小试产品已供应与面板行业龙头企业京东方进行检测拟用于柔性AMOLED的研发显示中。并且产品已与高校入库企业达成合作，受到高校教授的一致好评。接下来的目标为扩大成产，进行中试阶段，同时已经设计出了中试反应器的样图，正和南京先进技术制造研究院合作进行中试反应器的打造。同时我们也与苏州纽迈特新材料有限公司签署了战略合作开发协议，共同量产纳米银线柔性透明导电膜，相关设备已就位，具备初步的纳米银线柔性透明导电膜的量产能力。

其他说明

项目创新之处（1）流动合成技术对反应条件的更加精准的控制，且自动化程度更高；（2）可以提供溶液相反应器不能轻易实现的条件，反应时间能精确控制几秒或更短时间，可以快速生成产物并有利于更加深入了解反应机理；（3）加快反应速率，流动反应器能够便捷、安全的增温增压，这使得反应温度远远高于溶剂的正常沸点，从而使反应速率比回流条件下快1000倍；（4）能快速的扩大反应规模，众所周知，间歇反应规模放大存在很多困难，流动反应可以通过增加时间、增加流速以及相应的使用更大的反应器来扩大反应规模。流动合成技术是将合成方法从实验室向工业应用推进一步，适合于纳米银线的规模化生产；（5）纳米银线浆料制备为自主研发，具有核心的专利技术保护。

完成人信息

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