電紡絲法製備銀奈米纖維網狀結構透明導電薄膜與特性研究

Abstract

本研究以電紡絲法噴覆銀前驅物/高分子複合電紡絲，再搭配後處理製程來製備銀網狀結構透明導電薄膜，銀前驅物為三氟醋酸銀(silver trifluoroacetate STA)，高分子為聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate) PMMA)，而後處理有三種，分別為熱處理法(thermal treatment)、紫外光處理法(UV treatment)與無電鍍(electroless plating)銀法。 以熱處理法製備透明導電薄膜，加熱有兩階段，第一階段為100oC，促使纖維中銀奈米顆粒的熱還原，第二階段為500oC，引發了PMMA高分子的熱裂解與銀奈米顆粒的燒結。以熱處理製作之透明導電薄膜，穿透度與高分子濃度以及銀前驅物摻雜量有關，高分子濃度、銀前驅物摻雜量越低，穿透度越高；而片電阻與熱裂解氣氛以及銀前驅物摻雜量有關，在保護氣氛下、高銀前驅物摻雜時，可得較低的片電阻。當PMMA為15 wt%、Ag/PMMA重量比為0 7、氮氣氣氛下熱處理時，可得片電阻為1000 Ω/sq、穿透度63%的銀網狀結構透明導電薄膜。 以紫外光處理法製備透明導電薄膜，紫外光之照射不僅可光裂解PMMA，也可同時光還原纖維中的銀奈米顆粒並使其堆疊成一維導電路徑。以紫外光處理法製作之透明導電薄膜，片電阻與紫外光照射時間以及銀前驅物摻雜量有關，照射時間越短、摻雜量越低，穿透度越高；而片電阻亦與紫外光照射時間以及銀前驅物摻雜量有關，照射時間越長、摻雜量越高，片電阻越低。當PMMA濃度為15 wt%、Ag/PMMA重量比為0 5、照射時間為120分鐘時，可得片電阻500 Ω/sq、穿透度83 0%的銀網狀結構透明導電薄膜。此外本研究調查銀還原與PMMA裂解的機制，顯示銀奈米顆粒在極短的時間內還原於纖維中，並隨照射時間增加有集中於纖維中心的趨勢，亦發現短時間的紫外光照射即可使PMMA有效率的光裂解。 以無電鍍法製備透明導電薄膜，概念為在PMMA纖維表面無電鍍沉積銀薄膜，藉由可溶性基板的使用，改善無電鍍銀非選擇性沉積特性的影響，使銀顆粒僅生成於PMMA電紡絲表面，並藉由奈米銀晶種嵌於PMMA纖維表面的輔助，增進無電鍍銀沉積均勻性。最終可製備片電阻260 Ω/sq、穿透度為80 0%的的銀網狀結構透明導電薄膜。此薄膜承受一萬週期之反覆撓曲後，其片電阻值變化率僅60 5%，而經150℃、150小時與90℃、250小時的溫度測試，其前後片電阻值比例皆小於1 3。

Date of Award	2016 Dec 13
Original language	Chinese
Supervisor	In-Gann Chen (Supervisor)