本發明涉及柔性電子材料領域，具體的，本發明涉及微納米纖維陣列及其制備方法和設備。更具體的，涉及制備微納米纖維陣列的設備、制備微納米纖維陣列的方法和微納米纖維陣列。

背景技術：

近年來隨著柔性電子產品的廣泛普及，對相關技術要求日益提高，尤其是新一代柔性電子產品對其透光率、導電性、柔性和環境穩定性提出了更為嚴苛的要求。而銀納米材料尤其是銀微納米線，具有獨特的光學、電磁學、力學、催化性能，在眾多領域如柔性透明電極、微納級電路、光電子器件、柔性能源存儲、柔性太陽能電池等方面具有極為重要的作用，因而銀微納米纖維電極將成為現在氧化銦錫導電電極的有利替代者。

目前制備柔性透明電極的普遍方法是靜電紡絲法，該制備方法需要高的電壓，且收集基板必須為可導電基板，這些要求大大限制了其可應用領域。因而，如何低成本地制備出性能優異的納米銀線，成為大量應用于光電領域中的觸摸面板、太陽能電池等方面的關鍵問題。

技術實現要素：

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

本發明是基于發明人的下列發現而完成的：

本發明人在研究過程中發現，靜電紡絲制備的銀納米纖維呈無序分散的排列，從而導致銀納米線薄膜具有嚴重的光散射，將其應用到觸摸屏設備中時，在陽光下很難看清楚屏幕。而將銀納米線整齊排列成規則的陣列或者網格后，則其光散射現象將會大大減小。并且，靜電紡絲法制造的納米銀線高表面電阻以及低表面附著力限制了其大面積應用，為了制備性能優異的納米銀線電極，可采用高強度脈沖激光燒結或表面封裝等復雜的后處理工藝，但是這些工藝都耗時耗能。

本發明的發明人經過深入研究發現，在不需要高壓的條件下，可以選擇非導電的收集基板，該旋轉的收集基板能直接將含有前驅體的溶液拉伸成直徑為微納米級的纖維，并通過調控收集基板的軸向旋轉速度和沿軸方向的移動速度，能使微納米纖維在收集基板上高度有序地纏繞，再經過燒結處理，就可獲得高度有序排列的微納米纖維陣列。特別是，發明人通過將纏繞有一層微納米纖維線的收集基板水平旋轉后再纏繞第二層微納米纖維線，且第二層微納米纖維線是與第一層交叉的，再進行燒結可獲得間距均勻的微納米纖維網。

有鑒于此，本發明的一個目的在于提出一種具有高取向度、低表面電阻、高襯底附著力、良好的柔性或者機械環境穩定性的制備微納米纖維陣列的手段。

在本發明的第一方面，本發明提出一種制備微納米纖維陣列的設備。

根據本發明的實施例，所述設備包括：注射器；注射泵，所述注射泵與所述注射器相連，且用于將所述注射器中的液體推出，以便獲得纖維；收集基板，所述收集基板位于所述注射器的前方，用于纏繞收集所述纖維，以便獲得微納米纖維陣列的前驅體；旋轉裝置，所述旋轉裝置與所述收集基板相連，用于旋轉所述收集基板；以及移動裝置，所述移動裝置與所述收集基板相連，用于在與所述微納米纖維長度方向垂直的方向上移動所述收集基板。

發明人意外地發現，采用本發明實施例的設備，能夠簡單、快捷地獲得高度有序排列的微納米纖維陣列，并且無須高電壓，安全方便，還可以采用非導電的收集基板，而且該設備可適于制備的纖維材料種類范圍更大。

另外，根據本發明上述實施例的設備，還可以具有如下附加的技術特征：

根據本發明的實施例，所述旋轉裝置設置在所述收集基板和所述移動裝置之間。

根據本發明的實施例，所述收集基板與所述注射器之間的距離為1～300cm，優選為5～30cm。

根據本發明的實施例，所述收集基板的材料包括選自玻璃片、不銹鋼片、鎳網和玻璃纖維片的至少之一。

在本發明的第二方面，本發明提出一種制備微納米纖維陣列的方法。

根據本發明的實施例，所述微納米纖維陣列呈有序的排列，且所述方法包括：提供前驅體溶液；將所述前驅體溶液移至注射器中，通過注射泵將所述注射器中的所述前驅體溶液均勻地推出，形成纖維；利用可移動和旋轉的收集基板收集所述纖維，以便獲得微納米纖維陣列的前驅體；將所述微納米纖維陣列的前驅體進行后處理，得到微納米纖維陣列。

發明人意外地發現，采用本發明實施例的制備微納米纖維陣列的方法，能夠獲得高度有序排列的微納米纖維陣列，且該方法無須高電壓、安全方便、簡單高效、省時節能，而且成本低廉、具有工業化生產的潛能。

另外，根據本發明上述實施例的方法，還可以具有如下附加的技術特征：

根據本發明的實施例，所述微納米纖維陣列為銀微納米纖維陣列，且所述前驅體溶液為銀前驅體溶液。

根據本發明的實施例，所述銀前驅體溶液含有銀前驅體、還原劑、表面活性劑和溶劑；其中，所述銀前驅體包括硝酸銀、乙酸銀和三氟醋酸銀的至少一種；所述還原劑包括PVP、PEO、PAN、PVA、溴化鈉、硼氫化鈉、檸檬酸鈉和抗壞血酸肼的至少一種；所述表面活性劑包括十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉和氟碳表面活性劑的至少一種；所述溶劑包括乙腈、水、DMF和乙二醇的至少一種。

根據本發明的實施例，基于每1克的所述溶劑，所述銀前驅體溶液中含有0.25微克～5克的銀前驅體、0.01～1克的還原劑、0.0001微克～1克的表面活性劑。

根據本發明的實施例，所述后處理的燒結溫度為200～500攝氏度，保溫時間為0.01～10小時。

根據本發明的實施例，所述微納米纖維陣列呈規則網格狀。

根據本發明的實施例，利用可移動和旋轉的收集基板收集所述纖維進一步包括：(a)使所述收集基板同時旋轉并在與所述纖維長度方向相垂直的方向勻速移動，以便所述纖維等距纏繞在所述收集基板上；(b)將步驟(a)得到的所述收集基板水平旋轉，再按照步驟(a)繼續收集所述纖維。

根據本發明的實施例，所述后處理后進一步包括：將所述收集基板表面的微納米纖維陣列進行剝離。

在本發明的第三方面，本發明提出了一種微納米纖維陣列。

根據本發明的實施例，所述微納米纖維陣列是由上述的方法制備的。

發明人意外地發現，本發明實施例的微納米纖維陣列，具有高取向度、良好的柔性和機械環境穩定性的優點，還具有一定的透明度，這些優異的性能能使微納米纖維陣列在光電、柔性電子產品領域具有應用前景。本領域技術人員能夠理解的是，前面針對微納米纖維陣列的制備方法所描述的特征和優點，仍適用于該微納米纖維陣列，在此不再贅述。

另外，根據本發明上述實施例的微納米纖維陣列，還可以具有如下附加的技術特征：

根據本發明的實施例，所述微納米纖維陣列為銀微納米纖維陣列。

根據本發明的實施例，所述微納米纖維陣列呈規則網格狀。

根據本發明的實施例，兩根相鄰的微納米纖維的間距是50nm～10cm，優選為5～100微米。

本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據本發明一個實施例的制備微納米纖維陣列的設備的俯視示意圖；

圖2是根據本發明一個實施例的制備微納米纖維陣列的方法的流程示意圖；

圖3是根據本發明一個實施例的制備微納米纖維網格的流程示意圖；

圖4是根據本發明一個實施例的銀微納米纖維網格的SEM圖；

圖5是根據本發明一個實施例的銀微納米纖維網格的透明度照片；

圖6是根據本發明一個實施例的銀微納米纖維網格在不同方阻對應的透光率的關系圖；

圖7是根據本發明一個實施例的不同間距的銀微納米纖維陣列的SEM圖；

圖8是根據本發明另一個實施例的銀微納米纖維網格的SEM圖；

圖9是根據本發明一個實施例的銀微納米纖維網格的方阻值與彎曲次數的關系圖；

圖10是根據本發明一個實施例的銀微納米纖維網格的方阻值與拉伸比例的關系圖；

圖11是根據本發明一個實施例的銀微納米纖維網格的方阻值與彎曲半徑的關系圖；以及

圖12是根據本發明一個實施例的不同材料的方阻與透光率的關系對比圖。

附圖標記

100 注射器

200 注射泵

300 收集基板

400 旋轉裝置

500 移動裝置

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，本技術領域人員會理解，下面實施例旨在用于解釋本發明，而不應視為對本發明的限制。除非特別說明，在下面實施例中沒有明確描述具體技術或條件的，本領域技術人員可以按照本領域內的常用的技術或條件或按照產品說明書進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可通過市購到的常規產品。

在本發明的一個方面，本發明提出了一種制備微納米纖維陣列的設備。參照圖1，對本發明的設備進行詳細的描述。

根據本發明的實施例，該設備包括注射器100、注射泵200、收集基板300、旋轉裝置400和移動裝置500。其中，注射泵200與注射器100相連，而收集基板300位于注射器100的前方，且旋轉裝置400與收集基板300相連，移動裝置500也與集基板300相連。需要說明的是，本文中所采用的描述方式“收集基板300位于注射器100的前方”是指收集基板300位于注射器100的針頭方向的前方。

具體的，注射器100中的液體被注射泵200推出后形成纖維，在初始階段可以通過手動方式將纖維的一端搭載在收集基板300的一端，旋轉裝置400能使收集基板300沿其軸向旋轉，將纖維纏繞收集在收集基板300上。在纏繞收集的過程中，纖維中溶劑揮發的同時還會受到一個沿注射器針頭方向的拉力，從而形成直徑在微納米級的纖維。進一步的，移動裝置500也能使收集基板300沿左右方向移動，所以旋轉移動的收集基板300既可以拉伸牽引微納米纖維、又可使微納米纖維在收集基板300的兩面有序地平行排列，從而形成待燒結的微納米纖維陣列的前驅體。

根據本發明的實施例，注射泵200與注射器100相連的具體方式不受特別的限制，只要注射泵200用于將注射器100中的液體推出即可，本領域技術人員可根據實際的需要進行選擇。根據本發明的一些實施例，參考圖1，注射器100和注射泵200可以排在一條直線上，如此便于注射器將將注射器100中的液體直接地推出。

根據本發明的實施例，注射器100的具體類型不受特別的限制，只要是能將溶液從特定口徑的孔道推出的容器或設計均可，本領域技術人員可以根據實際條件進行選擇。例如可為滿足使用要求的任何已知注射器。還根據本發明的實施例，注射泵200的具體類型也不受特別的限制，只要是能將注射器中的溶液均勻地推出的任何注射泵均可，在此不再贅述。

根據本發明的實施例，旋轉裝置400與收集基板300相連的具體方式，以及移動裝置500與集基板300相連的具體方式，均不受特別的限制，任何能夠旋轉或移動或者同時旋轉移動收集基板300的連接方式均可。根據本發明的一些實施例，旋轉裝置400可以設置在收集基板300和移動裝置500之間。具體而言，參照圖1，可以將收集基板300設置于旋轉裝置400的一端，而將移動裝置500設置于旋轉裝置400的另一端，即移動裝置500可以同時移動旋轉裝置400和收集基板300。如此連接三種裝置，能夠同時實現對收集基板300的旋轉和移動，且結構緊湊，占地面積小。

根據本發明的實施例，收集基板300與注射器100之間的距離不受特別限制，只要可以有效纏繞收集注射器推出的纖維即可，本領域技術人員可以根據需要選擇。根據本發明的一些具體示例，收集基板300與注射器100之間的距離可以為1～300cm。優選情況下，收集基板300與注射器100之間的距離為5～30cm。在該距離范圍內，收集基板旋轉的拉力可以使得注射器推出的纖維形成直徑分布均勻的微納米纖維，而溶劑可以有效揮發。

根據本發明的實施例，收集基板300的材料類型不受特別的限定，只要能夠滿足后續處理步驟的溫度使用要求即可，本領域技術人員可根據實際需要進行選擇。根據本發明的一些實施例，收集基板的材料包括選自玻璃片、不銹鋼片、鎳網和玻璃纖維片的至少之一。如此，采用上述材料的收集基板，在后續對微納米纖維陣列的進一步后處理中，保證了收集基板在后處理條件下能夠不變形，從而進一步保證后處理獲得的微納米纖維陣列的平整和均勻。

根據本發明的實施例，旋轉裝置400的具體類型不受特別的限制，例如包括但不限于馬達、攪拌器等，只要是能用于旋轉收集基板300的裝置均可，本領域技術人員可根據實際需要進行選擇。旋轉裝置400能使收集基板300勻速地旋轉，將注射器100推出的纖維均勻地拉伸為直徑為微納米級別的纖維，并且微納米纖維規整地纏繞在收集基板的兩面。根據本發明的一些實施例，旋轉裝置400的轉速可以為1～10000轉/分。

根據本發明的實施例，移動裝置500的具體類型不受特別的限制，例如包括但不限于注射泵等，只要是能用于橫向地移動旋轉裝置400的任何移動裝置均可。移動裝置500能使收集基板300在旋轉的同時沿左右方向勻速地移動，并且通過調整并固定收集基板的旋轉速度和左右方向移動的速度，能使平行排列在收集基板300兩面的微納米纖維之間保持相等的距離，從而獲得高度有序排列的微納米纖維陣列的前驅體。

還需要說明的是，旋轉裝置400的作用是旋轉收集基板300，而移動裝置500的作用是橫向地移動收集基板300，所以，任何能使收集基板300同時實現旋轉和移動功能的裝置，可認為是旋轉裝置400和移動裝置500的組合裝置。

綜上所述，根據本發明的實施例，本發明提出了一種制備微納米纖維陣列的設備，利用該設備能夠簡單、快捷地獲得高度有序排列的微納米纖維陣列，并且無須高電壓，安全方便，還可以采用非導電的收集基板，且該設備可適于制備的纖維材料種類范圍更大。

在本發明的另一個方面，本發明提出了一種制備微納米纖維陣列的方法。在本發明的實施中，參照圖2，該方法包括以下步驟：

S100：提供前驅體溶液。

在該步驟中，配制出具有可紡性的前驅體溶液。根據本發明的實施例，該前驅體溶液不受特別限制，可以根據想要獲得的微納米纖維陣列的種類進行選擇。例如，想要獲得用于電極的微納米纖維陣列，則可以選擇含有導電材料的前驅體溶液。根據本發明的一些實施例，前驅體溶液為銀前驅體溶液，且銀前驅體溶液含有銀前驅體、還原劑、表面活性劑和溶劑。

具體的，可以將銀材料對應的離子鹽或有機鹽(即銀前驅體)配制成能夠抽紡的銀前驅體溶液。在配制過程中，需要選擇合適的溶劑溶解銀材料對應的鹽，還需加入還原劑使銀材料對應的鹽在燒結過程中還原為銀材料；同時，還可根據需要選擇地加入表面活性劑，來降低溶液的表面張力，從而增加銀前驅體溶液的可紡性，使銀前驅體溶液在抽紡過程中抽絲更加順利穩定。

根據本發明的實施例，該銀前驅體可以采用銀材料對應的離子鹽或有機鹽的具體種類不受特別限制，本領域技術人員可以根據需要靈活選擇，例如包括但不限于硝酸銀、三氟醋酸銀和乙酸銀的至少一種，由此，在燒結過程中并在還原劑的作用下可以獲得銀微納米纖維。

根據本發明的實施例，為了使銀前驅體在后續步驟中被還原為銀，需要向銀前驅體溶液中加入還原劑。在本發明的實施例中，可以采用的還原劑的具體種類不受特別的限制，只要能夠將銀前驅體還原為銀的試劑均可。在本發明的一些具體示例中，可以采用的還原劑包括PVP(聚乙烯吡咯烷酮)、PEO(聚氧化乙烯)、PAN(聚丙烯腈)、PVA(聚乙烯醇)、溴化鈉、硼氫化鈉、檸檬酸鈉和抗壞血酸肼的至少一種。優選情況下，還原劑采用包括PVP、PEO和溴化鈉的至少一種。由此，可以使前驅體溶液中的銀材料對應的鹽在后續步驟中被還原為銀，以便獲得銀微納米纖維。

根據本發明的實施例，為了獲得適合紡絲的銀前驅體溶液，需要選擇合適的溶劑溶解銀前驅體和還原劑。在本發明的一些實施例中，可以采用的溶劑的具體種類不受特別的限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇。在本發明的一些具體示例中，可以采用的溶劑包括乙腈、水、DMF(二甲基甲酰胺)和乙二醇的至少一種。本發明的發明人經過長期的研究發現，乙腈、水、DMF和乙二醇是銀前驅體和還原劑的良溶劑，能使各種溶質完全溶解在銀前驅體溶液中，還具有一定的揮發性，在抽紡和燒結的過程中能被有效地除掉。

根據本發明的實施例，為了增加銀前驅體溶液的可紡性，以利于后續步驟進行穩定地抽紡，還可以向銀前驅體溶液中加入表面活性劑。在本發明的一些實施例中，可以采用的表面活性劑的具體種類不受特別的限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇。在本發明的一些具體示例中，可以采用的表面活性劑包括十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉和氟碳表面活性劑的至少一種，由此，銀前驅體溶液的表面張力降低，從而進一步增加了銀前驅體溶液的可紡性，使銀前驅體溶液在后續的抽紡過程中更易形成均勻的微納米纖維。

根據本發明的實施例，在該銀前驅體溶液中，銀前驅體、還原劑和表面活性劑的含量不受特別限制，只要滿足紡絲要求且能獲得滿足使用要求的銀微納米纖維，本領域技術人員可靈活地選擇。在本發明的一些實施例中，基于每1克的溶劑，銀前驅體溶液中含有0.25微克～5克的銀前驅體，0.01～1克的還原劑和0.0001微克～1克的表面活性劑。優選情況下，含1克溶劑的銀前驅體溶液中含有5微克～3克的銀前驅體，0.04～0.3克的還原劑和1微克～0.1克的表面活性劑。如此，銀前驅體、還原劑和表面活性劑的含量在上述范圍內，獲得的銀前驅體溶液具有更適宜的黏度和表面張力，更易獲得纖維直徑分布更均勻、排布陣列更規整、使用性能更佳的銀微納米纖維。

還根據本發明的實施例，配制該銀前驅體溶液的具體方式和加料順序不受特別限制，本領域技術人員可以靈活地進行。在本發明的一些實施例中，可通過攪拌、超聲或者加熱等處理方式將銀前驅體、還原劑和表面活性劑混合均勻，在此不再贅述。

S200：將前驅體溶液移至注射器中，通過注射泵將注射器中的前驅體溶液均勻地推出，形成纖維。

具體的，參照圖1，在該步驟中，根據本發明的一些實施例，裝入到注射器中的銀前驅體溶液，可被與注射器相連的注射泵勻速地推出，溶劑揮發形成纖維線。由此，可簡單、方便、快捷地獲得微納米纖維，相對于現有的靜電紡絲法，該抽絲的方法具有安全方便、操作簡單、且適用范圍更廣等優勢，并且無須高電壓，還可以采用非導電的收集基板，具有工業化生產的潛能。

根據本發明的實施例，注射器的具體類型不受具體的限制，只要是能將溶液從特定口徑的孔道推出的容器或設計均可，本領域技術人員可以根據實際條件進行選擇。例如可為滿足使用要求的任何已知注射器。還根據本發明的實施例，注射泵的具體類型也不受具體的限制，只要是能將注射器中的溶液均勻地推出的任何注射泵均可，在此不再贅述。

S300：利用可移動和旋轉的收集基板收集所述纖維，以便獲得微納米纖維陣列的前驅體。

具體的，在該步驟中，旋轉的收集基板能夠牽引上述纖維，并進一步拉伸形成直徑為微納米級的纖維，且該微納米纖維會有序地纏繞在收集基板的兩面。根據本發明的一些實施例，還可參照圖1，纖維的一端可固定在收集基板的一端，而旋轉裝置可使收集基板沿軸旋轉，同時移動裝置還可使收集基板沿左右方向移動，所以旋轉并移動的收集基板既可拉伸牽引形成微納米纖維，又可使微納米纖維在收集基板的兩面有序地平行排列，且收集基板上相鄰的兩根微納米纖維之間的距離是等距的。

根據本發明的實施例，收集基板的材料類型不受具體的限定，包括但不限于玻璃片、鎳網和玻璃纖維片，只要能夠滿足后續燒結步驟的高溫使用要求即可，本領域技術人員可根據實際需要進行選擇。由此，采用上述材料的收集基板，在后續燒結的步驟中收集基板在燒結溫度下能夠保持形狀不變，從而進一步保證燒結獲得的微納米纖維的平整和均勻。

根據本發明的實施例，微納米纖維陣列的有序排列的具體方式不受特別的限制，可以是包括但不限于一維的平行排列、二維的交叉網格狀，等等，只要是整齊地排列成規則的陣列或網格均可。根據本發明的一些實施例，微納米纖維呈規則網格狀。如此排列，微納米纖維形成的薄膜的光散射現象會大大減小，且具有一定的柔性和機械環境穩定性。

根據本發明的實施例，利用可移動和旋轉的收集基板收集上述纖維可進一步包括：(a)使收集基板同時旋轉并在與纖維長度方向相垂直的方向勻速移動，以便纖維等距纏繞在收集基板上；(b)將步驟(a)得到的收集基板水平旋轉，再按照步驟(a)繼續收集上述纖維。需要說明的是，水平旋轉的具體角度不受特別的限制，只要水平旋轉后再纏繞的纖維能與旋轉前的纖維相互交叉即可，本領域技術人員可根據實際需要進行選擇。根據本發明的一些實施例，水平旋轉的角度可以為90°，則后續步驟形成的微納米纖維陣列的纖維是相互垂直地。

具體的操作，參照圖3，將平行排列有一層微納米纖維的收集基板，水平旋轉后再安裝到旋轉裝置上，繼續旋轉并收集第二層微納米纖維。如此，對于采用銀前驅體溶液的具體示例，第一層微納米纖維和第二層微納米纖維是交叉的，再經過后續的燒結處理，能夠進一步獲得呈規則網格狀的銀微納米纖維陣列，從而使銀微納米纖維陣列具有優異的使用性能。

S400：將所述微納米纖維陣列的前驅體進行后處理，得到微納米纖維陣列。

具體的，在該步驟中，對表面帶有微納米纖維的收集基板進行后處理，在后處理的過程中前驅體能夠完全地轉變為最終的材料，即可獲得微納米纖維陣列。本領域技術人員可以理解的是，后處理的具體方法不受特別的限制，例如包括但不限于燒結處理、磁控濺射處理、電鍍處理、紫外照射處理或者氣相沉積處理等，只要能有效地將前驅體轉換為目標材料的方法均可。根據本發明的一些實施例，將表面帶有微納米纖維的收集基板轉移到馬弗爐中進行燒結處理，燒結過程中微納米纖維中的前驅體完全地轉變為最終的材料，即可獲得微納米纖維陣列。在本發明的一些具體示例中，采用的前驅體溶液為銀前驅體溶液時，燒結過程中微納米纖維中的銀前驅體轉變為銀，可得到銀微納米纖維陣列。

根據本發明的實施例，燒結處理的溫度和時間不受特別的限制，針對不同的銀前驅體和還原劑，本領域技術人員可根據實際情況擇情選擇，只要完全能將前驅體轉化成相應的材料的燒結條件即可。在本發明的一些實施例中，針對銀前驅體溶液，燒結處理的溫度為200～500攝氏度，而保溫時間為0.01～10小時。由此，可采用上述的燒結溫度和保溫時間，能夠獲得力學性能優異且有序排列的銀微納米纖維陣列。根據本發明的一些具體示例，優選的燒結處理條件為225攝氏度下保溫2小時，如此，能夠獲得力學性能更加優異且有序排列的銀微納米纖維陣列。

根據本發明的實施例，參照圖3，后處理后可進一步包括：將后處理后收集基板表面的微納米纖維陣列進行剝離。根據本發明的一些實施例，前驅體溶液采用銀前驅體溶液的情況下，對于雙層交叉纏繞的微納米纖維，在后處理的過程中兩層能夠轉變為一層銀微納米纖維陣列，且交叉點的物理連接進一步使銀微納米纖維陣列具有更好的柔性和更低的表面電阻。

綜上所述，根據本發明的實施例，本發明提出了一種制備微納米纖維陣列的方法，利用該方法能夠獲得高度有序排列的微納米纖維陣列，且該方法無須高電壓、安全方便、簡單高效、省時節能，而且成本低廉、具有工業化生產的潛能。

在本發明的另一個方面，本發明提出了一種微納米纖維陣列。根據本發明的實施例，該微納米纖維陣列是通過上述制備方法獲得的。

根據本發明的實施例，通過上述制備方法可以獲得銀微納米纖維陣列。本發明實施例的銀微納米纖維陣列，具有高取向度、低表面電阻、高襯底附著力、良好的柔性和機械環境穩定性的優點，還具有一定的透明度，這些優異的性能使銀微納米纖維在光電、柔性電子產品領域具有應用前景。

另外，根據本發明的實施例，微納米纖維陣列呈規則網格狀，兩根相鄰的微納米纖維的間距可以通過調控注射泵的擠出速度、旋轉裝置的轉速和移動裝置的移動速度調整。根據本發明的一些實施例，兩根相鄰的微納米纖維的間距可以是50nm～10cm。在本發明的一些具體示例中，兩根相鄰的微納米纖維的間距為5～100微米。上述網格間距的微納米纖維陣列，具有更好的柔性和更高的透明度。并且，微納米纖維網格的間距越大，其薄膜的透明度越高，同時網格材料的柔性就越好。

發明人發現，本發明的實施例的微納米纖維陣列，具有高取向度、良好的柔性和機械環境穩定性的優點，還具有一定的透明度，這些優異的性能使微納米纖維在光電、柔性電子產品領域具有應用前景。本領域技術人員能夠理解的是，前面針對微納米纖維陣列的制備方法所描述的特征和優點，仍適用于該微納米纖維陣列，在此不再贅述。

下面參考具體實施例，對本發明進行描述，需要說明的是，這些實施例僅是描述性的，而不以任何方式限制本發明。

實施例1

在該實施例中，制備出呈網格狀的銀微納米纖維陣列。具體的制備方法包括三個主要的步驟：配制銀前驅體溶液、抽紡制備微納米纖維、和燒結處理。

首先，取20g乙腈，倒入玻璃瓶中恒溫磁子攪拌，放入6g的PVP，攪拌30分鐘后徹底溶解，再加入60g的AgNO₃，以及表面活性劑十二烷基硫酸鈉2g，溶液攪拌2h，并靜置1h，得到銀前驅體溶液。

然后，取一定量的銀前驅體溶液，給注射器裝點膠針頭，并將注射器裝在注射泵上。將搭載有玻璃片的馬達裝載在另一個注射泵上，在垂直于針頭方向上勻速地推進玻璃片，調節好基板轉速和注射器出液速度，收集用的玻璃片與出液針頭距離5cm，將針頭處推出溶液手動搭載至玻璃片一邊，之后調節馬達轉速和溶液出速，使其達到平衡。并且，通過調節基板推進速度來控制獲得的一定間距的微納米纖維。當玻璃板纏有一層微納米纖維后，將玻璃片從馬達上卸下，旋轉90°后再重新搭載到馬達上繼續纏繞第二層微納米纖維。

隨后，將制備的均勻分布的微納米纖維組成的規則網格的玻璃片，置于馬弗爐中升溫速度在5攝氏度/分，升溫到225度再保溫2小時，之后自然隨爐降溫；最后，將玻璃板上的上下兩面纖維網格用鑷子或刀片小心剝離開，并轉移到合適的新基板上，即可得到可自支撐的銀微納米纖維網格。

該實施例的制備得到的銀微納米纖維網格的SEM圖，如圖4所示。從圖4可看出，通過上述制備方法能夠獲得網格間距為8～10微米的規則網格狀的銀微納米纖維陣列，且銀微納米纖維的直徑在1微米以下。

該實施例的制備得到的銀微納米纖維陣列，用光譜儀檢測不同方阻所對應的透光率，具體測試方式示意圖如圖5所示。從圖5可看出，銀微納米纖維陣列具有很高的透明度。其檢測結果如圖6所示，可看出銀微納米纖維陣列具有卓越的光電性能。

實施例2

在該實施例中，按照與實施例1基本相同的制備方法，制備出呈網格狀的銀微納米纖維陣列。區別在于，在該實施例中，首先，混合溶劑為體積比為1：2：1的DMF/乙腈/水的混合溶劑20g，放入0.2g的PEO，再加入100微克的乙酸銀，以及表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉20微克；然后，收集基板為玻璃纖維片，收集用的玻璃纖維片與出液針頭距離25cm；隨后，升溫速度為0.1攝氏度/分，升溫至500攝氏度保溫0.5小時，制備獲得銀微納米纖維陣列。

實施例3

在該實施例中，按照與實施例1基本相同的制備方法，制備出呈網格狀的銀微納米纖維陣列。區別在于，在該實施例中，首先，混合溶劑為體積比為2：1：1的DMF/乙腈/乙二醇20g，放入2g的NaBr粉末，再加入1g的三氟醋酸銀，以及表面活性劑氟碳表面活性劑1g；然后，收集基板為鎳網，收集用的鎳網與出液針頭距離30cm；隨后，升溫速度為20攝氏度/分，升溫至150攝氏度保溫10小時，制備獲得銀微納米纖維陣列。

實施例4

在該實施例中，按照與實施例1基本相同的制備方法，通過調整抽絲過程中玻璃片的旋轉速度，能夠獲得不同間距的銀微納米纖維陣列。具體的，玻璃片的旋轉速度分別為0.1m/s、1m/s和3m/s。

該實施例的不同旋轉速度獲得的不同間距的銀微納米纖維陣列，如圖7所示。從圖7可看出，當玻璃片的旋轉速度從0.1m/s升為1m/s高至3m/s時，其相應的纖維間距逐漸減小，分別為15微米、10微米和5微米。并且，隨著增加玻璃片的旋轉速度，纖維的直徑也相應減小，依次為1um、700nm和300nm。

實施例5

在該實施例中，按照與實施例1基本相同的制備方法，制備出橫向縱向間距不同的銀微納米纖維陣列。區別在于，在該實施例中，調整纏繞第二層微納米纖維的旋轉速度。

該實施例的銀微納米纖維陣列，如圖8所示。從圖8可看出，通過降低纏繞第二層纖維的旋轉速度，獲得的橫向纖維的直徑大于1微米且間距約為50微米。相對于第二層，第一層形成的縱向纖維的直徑只有0.4微米且間距約為5微米。

實施例6

在該實施例中，對實施例1制備的銀微納米纖維陣列進行柔性測試。具體的，檢測彎曲次數、拉伸比例和彎曲半徑對銀微納米纖維網格產生的影響。

在進行彎曲次數對銀微納米纖維網格的方阻的影響時，首先將銀微納米纖維網格貼附在柔性的PET塑料薄膜上，彎曲半徑恒定為2mm進行彎曲測試。并且，彎曲次數為10000次，并記錄其相應的方塊電阻值。

在進行彎曲半徑測試時，處理方式和測試彎曲次數基本一樣。區別在于，彎曲半徑分別為1mm、2mm、5mm、7mm、9mm和10mm，記錄其相應的方塊電阻值和方阻增長百分比。

在進行拉伸測試時，首先將銀微納米纖維網格貼附在PDMS柔性可拉伸基板上，然后橫向拉伸一定的比例，并在拉伸率為5％，10％，15％，20％，25％，30％時分別記錄其對應的方塊電阻，并計算對應的方阻增長百分比。

該實施例的銀微納米纖維網格的彎曲次數測試結果，如圖9所示。從圖9可看出，銀微納米纖維網格隨著彎曲次數的增加，其相應的方阻幾乎沒有增長的跡象，在彎曲次數達到10000次時，方阻增長曲線依然維持在一條水平直線上，證明銀微納米纖維網格有很好的彎曲穩定性，可以承受多達上萬次的彎曲而不增加其電阻值。而濺射一層鉑金屬的PET膜卻在彎曲次數達到500次時，方阻增長了接近15倍。

該實施例的銀微納米纖維網格的拉伸比例測試結果，如圖10所示。從圖9可看出，在拉伸銀微納米纖維網格30％拉伸量時，其方阻值幾乎沒有增長。證明銀微納米纖維網格具有一定的拉伸性能且在拉伸的同時不增長其方阻。

該實施例的銀微納米纖維網格的彎曲半徑測試結果，如圖11所示。從圖11可看出，在彎曲半徑分別為1mm、2mm、5mm、7mm、9mm和10mm時，其相應的電阻都幾乎沒有增長。這充分證明了銀微納米纖維網格有優秀的柔性。

實施例7

在該實施例中，對實施例1制備的銀微納米纖維陣列進行透光性和導電性能測試。檢測采用ST-2258C多功能四探針測試儀，檢測銀微納米纖維網格和其他常用導電材料的導電性。具體的，其他常用導電材料選擇碳納米管(CNT)、銀納米線(AgNWs)、氧化銦錫(ITO)、石墨烯(Graphene)、銅納米槽(Cu nanotrough)和銀納米槽(Ag nanotrough)。

該實施例的檢測結果，如圖12所示。從圖12可看出，相對于其他常用的導電材料，銀微納米纖維陣列(Silver fiber arrays)在相同的方阻值時，具有更好的透明度。

總結

綜合實施例1～7可得出，本發明所提出的制備銀微納米纖維陣列的方法，能夠獲得高取向度、低表面電阻、高透明度和良好柔性的銀微納米纖維陣列，且該方法無須高電壓、安全方便、簡單高效、省時節能，而且成本低廉、具有工業化生產的潛能。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”、“順時針”、“逆時針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。

盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。