本發(fā)明涉及透明導電膜的制備，特別是涉及一種靜電噴涂裝置。

背景技術(shù)：

隨著人們對于更薄、更輕、更低成本的光電器件和相關(guān)電子顯示設備的需求迅猛增長，尤其是光伏產(chǎn)業(yè)以及觸控顯示器應用，例如手機、筆記本電腦、All-In-One電腦等，透明導電膜材料市場急速擴張。目前常見的透明導電薄膜包括ITO(Indium Tin Oxides錫摻雜三氧化銦)、GZO(Gallium Zinc Oxides鎵摻雜氧化鋅)、AZO(Aluminum Zinc Oxides鋁摻雜氧化鋅)等，這些氧化物只吸收紫外光，不吸收可見光。長久以來，ITO是光電產(chǎn)業(yè)使用最為廣泛的透明導電膜材料。然而ITO存在儲量有限、加工成本高、較脆易碎、有毒等很多致命的缺點，逐漸限制了其在未來光電產(chǎn)業(yè)的應用和發(fā)展。

對于高端電容式觸控屏，美國、日本、韓國和中國等的科研人員正非常關(guān)注采用新穎的材料和技術(shù)來代替ITO透明電極材料，從而達到降低成本、提高性能的目的。目前已有新的關(guān)于導電薄膜的方案。

制備透明導電膜時，一般采用的方式是先配置導電漿料，然后采用精密涂布的方式將導電漿料涂布在透明基底上，然后烘干制得透明導電膜。使用這種方式一般通過精密涂布設備制造得到。然而精密涂布設備存在以下問題：(1)設備昂貴，成本高。(2)產(chǎn)品良率低。接觸式的精密涂布容易受到空氣中微小顆粒的影響，在涂布的產(chǎn)品上形成很長的劃痕，極大的影響產(chǎn)品良率。(3)制備得到的透明導電膜的導電性有待進一步提高。(4)只能夠涂布在平整的表面，不能夠適應復雜表面。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：彌補上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種靜電噴涂裝置以及制備透明導電膜的裝置，設備成本低，且制得的產(chǎn)品良品率高，導電性也較好。

本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案予以解決：

一種用于制備透明導電膜的靜電噴涂裝置，包括收放卷系統(tǒng)，正高壓發(fā)生器，負高壓發(fā)生器，負極板，供液系統(tǒng)，驅(qū)動裝置，噴嘴；所述收放卷系統(tǒng)用于對基材進行收放卷操作，所述收放卷系統(tǒng)中的輥輪和導軌為導電材質(zhì)；所述正高壓發(fā)生器連接所述噴嘴，所述負高壓發(fā)生器連接所述負極板，所述噴嘴和所述負極板分別位于基材的兩側(cè)，所述噴嘴距離基材0～250mm，所述負極板與基材接觸；所述供液系統(tǒng)用于提供導電漿料至所述噴嘴；所述驅(qū)動裝置連接所述噴嘴，用于驅(qū)動所述噴嘴的運動。

一種制備透明導電膜的裝置，包括如上所述的靜電噴涂裝置。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對比的有益效果是：

本發(fā)明的靜電噴涂裝置，通過收放卷系統(tǒng)，正高壓發(fā)生器，負高壓發(fā)生器，負極板，供液系統(tǒng)，噴嘴等的配合設置，可實現(xiàn)導電漿料靜電噴涂至基材上。首先，本發(fā)明的靜電噴涂裝置加工透明導電膜時只需要控制噴灑在基材上的納米銀線的量就可以控制導電層的厚度，無需像精密涂布設備那樣依靠精密的加工精度來實現(xiàn)特定厚度、足夠精度的涂層，因而不涉及特別精密的加工部件，因此設備成本大幅降低。其次，本發(fā)明的裝置通過靜電噴涂實現(xiàn)導電漿料的噴涂涂覆，不會因為空氣中的微小顆粒而造成很長的劃痕，降低了生產(chǎn)過程中對環(huán)境的要求，有利于提高產(chǎn)品的良率。再者，靜電噴涂方式可使納米銀線盡可能地充分隨機分布在透明基底上，從而高效地搭接成導電網(wǎng)絡，制得的透明導電膜導電性能更佳，同時產(chǎn)品的透光性也較好。最后，本發(fā)明的裝置通過靜電噴涂方式涂覆，亦能夠適應各種復雜表面。本發(fā)明的靜電噴涂裝置，綜合噴嘴的多針頭及收放卷技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)長寬幅、卷對卷地大規(guī)模生產(chǎn)。

【附圖說明】

圖1是本發(fā)明具體實施方式的靜電噴涂裝置的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明具體實施方式的靜電噴涂裝置的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明具體實施方式的靜電噴涂裝置中的供液系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明具體實施方式的靜電噴涂裝置中的針頭架的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明具體實施方式的靜電噴涂裝置中的針頭架的優(yōu)選結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明具體實施方式的靜電噴涂裝置制備的納米銀線透明導電膜樣品的SEM照片。

【具體實施方式】

下面結(jié)合具體實施方式并對照附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。

如圖1和2所示，分別為本具體實施方式的靜電噴涂裝置的兩種結(jié)構(gòu)示意圖。靜電噴涂裝置包括收放卷系統(tǒng)，正高壓發(fā)生器200，負高壓發(fā)生器(圖中未示出)，負極板400，供液系統(tǒng)500，驅(qū)動裝置600，噴嘴700。

收放卷系統(tǒng)用于對基材進行收放卷操作，所述收放卷系統(tǒng)中的輥輪和導軌為導電材質(zhì)。本具體實施方式中，收放卷系統(tǒng)中設置有放卷輥8，張力控制裝置9，引導輥10，防靜電輥11，糾偏裝置12，主動力，收卷輥13。收放卷系統(tǒng)中防靜電輥11以及所有與噴涂有導電漿料接觸的導軌材質(zhì)均選用導電材料，并保證良好接觸，如鍍鉻的不銹鋼輥、導電硅橡膠輥等，以將多余的靜電導走。同時，靜電噴涂裝置整體接地，輥輪中所使用的潤滑油也導電。收放卷的車速范圍可以實現(xiàn)0.1m/min～100m/min，實際的車速可根據(jù)所需的透明導電膜產(chǎn)品的性能調(diào)整。收放卷系統(tǒng)的寬幅可以根據(jù)實際需要確定，以滿足100mm～1000mm間不同的需求。

正高壓發(fā)生器200連接噴嘴700，負高壓發(fā)生器連接負極板400，噴嘴700和負極板400分別位于基材100的兩側(cè)，噴嘴700距離基材100的距離為0～250mm，負極板400與基材100相接觸。正高壓發(fā)生器200為可提供的正高壓范圍在0～+100kV的電壓發(fā)生器，負高壓發(fā)生器為可提供的負壓范圍在0～-100kV的電壓發(fā)生器。電壓可為直流也可為脈沖，脈沖電壓可調(diào)節(jié)頻率范圍為0.1Hz～10MHz。負極板400可為一塊平整的方形金屬板，材質(zhì)優(yōu)選不銹鋼，尺寸比所使用的基材100寬，兩邊各留出20～50mm的寬幅。

供液系統(tǒng)500用于提供導電漿料至噴嘴700。本具體實施方式的供液系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，供液系統(tǒng)500包括三部分：儲液裝置、供液裝置、分液裝置。詳細可分解為攪拌裝置，儲液罐503，蠕動泵504，供液緩沖裝置505，分流裝置506。攪拌裝置用于攪拌所述儲液罐503中的導電漿料。蠕動泵504的軟管一端連接儲液罐503，另一端連接供液緩沖裝置505，供液緩沖裝置505的出口連接分流裝置506，分流裝置506用于將單根液管分流成多根支管，分別提供給噴嘴的多個針頭，實現(xiàn)分流的效果。

本具體實施方式中，攪拌裝置包括磁力攪拌機501，磁力攪拌子502。磁力攪拌子502設置在儲液罐503中，儲液罐503置于磁力攪拌機501中。磁力攪拌機501能夠有效防止導電漿料分散液的沉降。選用較大的儲液罐時，為達到最佳的攪拌效果，可以選用其它機械攪拌裝置。

儲液罐503大小可為10～500L，材質(zhì)可以選用玻璃、聚四氟乙烯等材質(zhì)。蠕動泵504將液體供應到噴嘴處，具有控制流量的功能，控制液體流速范圍為5ml/min-5000ml/min。供液緩沖裝置505的設置可有效緩沖蠕動泵產(chǎn)生的脈沖。由于供液系統(tǒng)500采用蠕動泵的方式供液，蠕動泵供液是有波動性的，液體的壓力不穩(wěn)定，從而直接影響到針頭出液體流出速度的穩(wěn)定。設置該緩沖裝置505后，可抵消蠕動泵的脈沖作用，保持在供液過程中壓到噴嘴的多個針頭處的液體能夠保持穩(wěn)定的壓力，以及穩(wěn)定的流速，從而有效提高裝置靜電噴涂的均勻性。分流裝置506將單根通液管分成多根通液管。各軟管以及分流裝置506的材質(zhì)選用聚四氟乙烯，可防止導電漿料分散液對管路的腐蝕。

驅(qū)動裝置600連接噴嘴700，用于驅(qū)動噴嘴700的運動。本具體實施方式中，驅(qū)動裝置600通過平臺4調(diào)節(jié)噴嘴的高度，從而調(diào)節(jié)噴嘴中的多個針頭與基材100之間的距離。驅(qū)動裝置600可驅(qū)動噴嘴上的多個針頭在前后方向上的快速移動，移動速度可達到0.001～50m/min。移動的范圍在10-1000mm，從而實現(xiàn)噴涂的寬幅達到1000mm。驅(qū)動裝置600中驅(qū)動器的數(shù)量可為一個或者同時選用多個驅(qū)動器并行。

噴嘴700的結(jié)構(gòu)包括多個針頭、針頭架。針頭架可固定在上述平臺4上。針頭可以根據(jù)導電漿料分散液的粘度選用不同的孔徑，優(yōu)選孔徑范圍是0.1～3mm。

圖4中示意的針頭架包括多個金屬片701，各金屬片701上分布有多個針頭座部702，用于插接針頭。由此，通過設置金屬片701的數(shù)量以及針頭座部702的數(shù)量，可形成針頭組成的陣列?？梢愿鶕?jù)實際需要設置針頭的插接位置，從而實現(xiàn)多種針頭排列方式。針頭架的材質(zhì)可以選用鋁合金、聚四氟乙烯、PMMA、ABS等工程塑料。需注意的是，在使用塑料材質(zhì)的針頭架時，可在接觸針頭的一側(cè)固定金屬片，以用于將正電壓均勻加到各個針頭上。

優(yōu)選地，采用如圖5所示的針頭架。針頭架包括多個金屬片701和儲液槽703。各金屬片701上分布有多個針頭座部702，用于插接針頭。金屬片701的側(cè)部設置有斜面704，儲液槽703設置在各個斜面704的最低處，用于接收從各個斜面704上流下的導電漿料。通過設置斜面，從而將多余的液體引導到旁邊的儲液槽703中，這樣可防止導電漿料液體停留在針頭架內(nèi)發(fā)生燃燒。特別是對于噴嘴設置在基材100的下方，負極板400設置在基材100的上方的情形。噴嘴噴射時會有多余的液體溢出，采用帶斜面的針頭架后，液體可沿著針頭和斜面流動，通過斜面將液體引導到儲液槽中，從而防止液體在針頭附近殘留。對于圖2所示的裝置中的針頭向下噴涂的設置，液體溢出可直接向下滴落，從而不會殘留在針頭附近，因而在針頭架中可設置，也可不設置這種斜面結(jié)構(gòu)，只需要針頭架可固定針頭即可。

本具體實施方式中，多個針頭固定在針頭架上構(gòu)成靜電噴涂設備的噴嘴。噴嘴的針頭架固定在一個可上下移動調(diào)節(jié)高度的平臺4上，同時，平臺4下端同一個可快速前后移動的驅(qū)動裝置600連接。驅(qū)動裝置600使針頭組成的陣列按照設定的運動方式運動。供液系統(tǒng)500為噴嘴的多個針頭提供噴射的導電漿料。正高壓提供至噴嘴上的多個針頭，負高壓同負極板400連接。導電漿料溶液從噴嘴中流出，在高電壓的作用下分散開并向負極運動，最終在靜電的作用下噴射至透明基材上。

優(yōu)選地，導電漿料選用金屬顆粒的導電漿料。靜電噴涂裝置還包括電極片14和高壓發(fā)生器(圖中未示出)，電極片14與噴涂導電漿料后的基材1000相對設置，間隔1～5mm，高壓發(fā)生器連接電極片14，用于為電極片14提供7～20kV電壓。高壓發(fā)生器提供的高壓在基材與電極片14的間隙中持續(xù)放電產(chǎn)生電暈，從而使空氣中被電離的帶電離子、臭氧分子等在高壓的加速下沖向基材，從而使基材上噴涂的導電漿料中的金屬顆粒之間發(fā)生低溫燒結(jié)作用，使得金屬顆粒形成連續(xù)的膜層結(jié)構(gòu)，從而使制得的導電膜的導電性能較高。進一步優(yōu)選地，導電漿料選用納米銀漿。專業(yè)，在電暈作用下，納米銀線表面的聚乙烯吡咯烷酮去除，同時納米銀線之間發(fā)生低溫燒結(jié)作用，這樣可提高導電膜的導電性能。

本具體實施方式的靜電噴涂裝置中導電漿料是通過靜電噴涂的方式均勻落在基材上，只需要控制噴灑在基材上的導電漿料的量就可以控制厚度，而調(diào)節(jié)導電漿料的量可以很方便地通過調(diào)節(jié)導電漿料分散液的濃度、噴涂時液體的流速、收放卷系統(tǒng)的走步速度來調(diào)節(jié)，因此本具體實施方式的靜電噴涂裝置加工透明導電膜不依靠精密的加工精度來實現(xiàn)特定厚度、足夠精度的涂層，因而不涉及特別精密的加工部件，因此設備成本大幅降低。選用本具體實施方式的裝置進行加工，一般造價在50萬以下。而現(xiàn)有的精密涂布依靠精密的涂布頭才能夠涂布出足夠精度的涂層，因此設備昂貴，大致在150～300萬。此外，精密涂布導電漿料時，例如納米銀線，其具有超高的長徑比，容易沿著涂布的方向取向排列，導致搭接成導電網(wǎng)絡的效率不高，導電性較差。而本具體實施方式的裝置通過靜電噴涂方式則可使納米銀線盡可能地充分隨機分布在透明基底上，從而高效地搭接成導電網(wǎng)絡，制得的透明導電膜導電性能更佳。另外，本具體實施方式的裝置也有利于提高產(chǎn)品的良率，制得的產(chǎn)品的透光性也較好，亦能夠適應各種復雜表面，可實現(xiàn)長寬幅、卷對卷地大規(guī)模生產(chǎn)。

如圖6所示，為使用本具體實施方式的靜電噴涂設備制得的納米銀線透明導電膜樣品。從圖中可看出，納米銀線在透明基底上是一種空間上的隨機分布狀態(tài)。納米銀線隨機分布的搭接狀態(tài)，使得制得的導電膜的導電性比較好。經(jīng)測試，使用四探針儀測得其方阻為50Ω/sq，用透光霧度儀測得透光率為85％。

上述靜電噴涂裝置可設置在制備透明導電膜的系統(tǒng)中，用于在基材表面噴涂導電漿料。制備裝置中，可在靜電噴涂裝置的后端設置烘烤裝置15，以對靜電噴涂裝置噴涂導電漿料后的基材在30～200℃下進行烘烤處理，使得導電漿料烘干后成膜。烘烤裝置構(gòu)成的烘烤線長度為0.5～50m。干燥方式可以為熱風干燥、紅外干燥等，干燥道形式可以為平板式、氣浮式、橋式等，風機選用防爆風機，烘烤線中可每隔1～3m安裝危險氣體探測設備。

進一步地，可在烘烤裝置15之后設置覆膜設備16。覆膜設備16可以選用冷覆、熱覆的方式。所覆的膜優(yōu)選具有可導電或抗靜電的性能。此后，可在裝置中設置靜電噴涂裝置的收卷輥部分，以收卷制備好的透明導電膜。

此外，可在靜電噴涂裝置的上部設置溫濕度探測器17，危險氣體探測器18，溫度、濕度調(diào)節(jié)及換氣裝置19。針頭運行附近可安裝自動火焰探測及警報器20、二氧化碳噴射滅火器21。

溫濕度探測器17可探測的范圍為：溫度5～100℃，濕度1～100％。

危險氣體探測器18可及時檢測設備內(nèi)部溶劑的蒸氣壓，從而將信號傳遞給控制系統(tǒng)，迅速做出相應。一般地，對于納米銀線分散液的主要溶劑為乙醇，乙醇的爆炸極限是3.3％～19％，因而優(yōu)選的檢測范圍是3.3％，當設備內(nèi)部乙醇濃度接近3.3％時將會觸發(fā)通風裝置，從而及時將乙醇濃度降低。

溫度、濕度調(diào)節(jié)及換氣裝置19由空調(diào)壓縮機、加濕機、風機協(xié)同調(diào)節(jié)溫度、濕度、溶劑蒸氣壓，能夠調(diào)節(jié)溫濕度范圍分別為：溫度20～80℃，濕度10～90％。風機選用防爆風機。

自動火焰探測系統(tǒng)20可以選用明火探測器或溫感火災探測器，當檢測到明火或溫度急劇升高時能夠被探測器感知，從而迅速停機，響起警報同時開啟二氧化碳噴射裝置21。

二氧化碳噴射裝置21由一個可替換式的二氧化碳滅火器瓶和一個同氣瓶連接的可控開關(guān)噴嘴系統(tǒng)。當自動火焰探測系統(tǒng)20檢測到有明火出現(xiàn)時，能夠迅速觸發(fā)二氧化碳噴射裝置21上的電磁閥開關(guān)，從而噴射出二氧化碳，消滅火焰。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下做出若干替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。