[1] Смеси, способы и композиции, относящиеся к проводящим материалам
Перекрестная ссылка на родственные заявки
[2] Настоящая заявка является продолжением не носящей временный характер заявки на патент Соединенных Штатов №13/843271, поданной 15 марта 2013 года, которая испрашивает приоритет на основании предварительной заявки на патент Соединенных Штатов с серийным номером 61/613432, поданной 20 марта 2012 года; обе из которых включены в данный документ посредством ссылки для всех возможных целей.
Заявление, касающееся исследования или разработки, финансируемых из федерального бюджета
[3] Настоящая работа была выполнена согласно договору с военно-воздушными силами Соединенных Штатов №FA8650-08-C-5609.
[4] Заголовки разделов, используемые в данном документе, служат только для организационных целей, и их не следует считать каким-либо образом ограничивающими описанный объект.
Короткое описание графических материалов
[5] Специалист в данной области будет понимать, что графические материалы, описанные ниже, служат только для иллюстративных целей. Графические материалы не предусмотрены для ограничения каким-либо образом объема настоящего раскрытия.
[6] Фиг. 1 представляет собой таблицу, содержащую данные, которые описывают состояние агрегации смесей, содержащих серебряные нанопроволоки и полимер, называемый ниже ЕС10, распределенные в различных растворителях, где указанные смеси были распылены для создания покрытия на предметном стекле.
[7] Фиг. 2 представляет собой таблицу, содержащую данные, которые иллюстрируют прозрачность и сопротивление смесей, содержащих серебряные нанопроволоки и различные полимерные связующие, распределенные в различных растворителях, где указанные смеси были распылены для создания покрытия на предметном стекле.
[8] Все библиографические и подобные материалы, цитируемые в настоящей заявке, в том числе без ограничения патенты, заявки на патент, статьи, книги и трактаты, независимо от формата такого библиографического или подобного материала, в явной форме включены посредством ссылки в данный документ в их полном объеме для всевозможных целей.
Описание
1. Область
[9] Настоящее изобретение относится к области электро- и/или теплопроводящих материалов.
2. Введение
[10] В настоящее время существует огромный интерес к разработке новых типов электро- и/или теплопроводящих пленок для прикладных задач, таких как сенсорные дисплеи, жидкокристаллические дисплеи, электролюминесцентное освещение, органические светоизлучающие диоды и фотоэлектрические солнечные элементы. Современные прозрачные электропроводящие пленки, в большинстве случаев, основаны на оксиде индия и олова (ITO). Пленки на основе ITO, однако, могут быть хрупкими и могут требовать дорогостоящего технологического оборудования и процессов. Было бы полезно иметь альтернативные композиции и способы, с помощью которых можно получать электро- и/или теплопроводящие пленки (в том числе прозрачные проводящие пленки), которые являются гибкими и/или которые можно получать с низкими затратами.
3. Определения
[11] Для целей интерпретации настоящего описания будут применяться следующие определения и, во всех случаях, когда это применимо, термины, используемые в форме единственного числа, также будут включать формы множественного числа, и наоборот. В случае если какое-либо нижеизложенное определение противоречит применению такого слова в любом другом документе, нижеизложенное определение будет всегда иметь преимущественную силу для целей интерпретации объема и замысла настоящего описания и связанной с ним формулы изобретения. Несмотря на вышесказанное, объем и смысловое содержание любого документа, включенного в данный документ посредством ссылки, не должно меняться представленным ниже определением. Вместо этого, указанный включенный документ следует интерпретировать, как это делал бы рядовой специалист на основе его содержания и раскрытия с учетом содержания приведенного в данном документе описания.
[12] Применение “или” означает “и/или”, если не указано иное, или в случае, когда применение “и/или” явно неприемлемо. Применение формы единственного числа означает “один или несколько”, если не указано иное, или в случае, когда применение “один или несколько” явно неприемлемо. Применение “содержать”, “содержит”, “содержащий”, “включать”, “включает” и “включающий” являются взаимозаменяемыми и не предназначены для ограничения. Более того, если при описании одного или нескольких вариантов осуществления применяют термин “содержащий”, специалисты в данной области поймут, что в некоторых определенных случаях вариант осуществления или варианты осуществления можно альтернативно описать с применением формулировки “состоящий фактически из” и/или “состоящий из”.
[13] В контексте настоящего документа фраза “спиртовой растворитель” обозначает практически чистое соединение, которое является жидким при температуре окружающей среды и которое содержит по меньшей мере одну спиртовую функциональную группу. Некоторые неограничивающие примеры спиртовых растворителей включают метанол, этанол, изопропанол, н-пропанол, н-бутанол, изо-бутанол и втор-бутанол.
[14] В контексте настоящего документа фраза “алифатический растворитель” обозначает практически чистое соединение, которое является жидким при температуре окружающей среды и которое включает преимущественно один или несколько углеводородов. Некоторые неограничивающие примеры алифатических растворителей включают пентан, гексан, гептан, циклогексан, уайтспириты и нефтяные дистилляты.
[15] В контексте настоящего документа в отношении наночастицы термин “анизотропный” обозначает частицы, которые обладают различными размерами при измерении по разным осям. Например, как обозначено в литературе, нанопроволоки имеют характеристическое отношение, получаемое при делении длины указанной нанопроволоки на ширину указанной нанопроволоки, такое, что характеристическое отношение составляет больше 10. Исходя из этого, ось длины нанопроволоки, имеющей характеристическое отношение 10, в 10 раз больше, чем ось ширины.
[16] В контексте настоящего документа фраза “неполярный виниловый полимер” обозначает виниловый полимер, который включает преимущественно неполярные мономерные субъединицы. Некоторые неограничивающие примеры неполярных виниловых полимеров включают полиэтилен, полипропилен, циклический олефиновый полимер, полистирол, полиметилметакрилат, полиметакрилат, сложные полиэфиры (полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат), полиакрилонитрил.
[17] В контексте настоящего документа фраза “ароматический растворитель” обозначает практически чистое соединение, которое является жидким при температуре окружающей среды и которое содержит преимущественно один или несколько фрагментов, представляющих собой бензольное кольцо. Некоторые неограничивающие примеры ароматических растворителей включают бензол, толуол, ксилол, этилбензол и уайтспириты.
[18] В контексте настоящего документа термин “связующее” обозначает соединение или комбинацию соединений, которые поддерживают сеть (или переплетение, или матрицу) из взаимосвязанных анизотропных проводящих наночастиц, которая остается после испарения растворителя из смеси, при этом на подложке образуется пленка, гель или полутвердый слой. Некоторые примеры связующих, применяемых при практическом осуществлении различных вариантов осуществления настоящего изобретения, включают простые эфиры целлюлозы, полярные виниловые полимеры, неполярные виниловые полимеры и водорастворимые полимеры.
[19] В контексте настоящего документа фраза “простой эфир целлюлозы” обозначает целлюлозный полимер, который содержит по меньшей мере одну функциональную группу простого эфира в составе мономерных субъединиц, которые составляют указанный полимер. В некоторых вариантах осуществления 'простой эфир целлюлозы' может содержать преимущественно группы простого эфира. Простой эфир целлюлозы, как правило, не содержит ни одной группы сложного эфира.
[20] В контексте настоящего документа термин “покрытие” (в виде имени существительного) обозначает полученную пленку, сформированную при нанесении смеси на поверхность. В некоторых вариантах осуществления термины “покрытие” (в виде имени существительного) и “слой” можно использовать в качестве синонимов, при этом они могут обозначать полученную пленку, сформированную при нанесении смеси на поверхность. В некоторых вариантах осуществления полученная пленка может представлять собой жидкость с суспендированными наночастицами, равномерно распределенными в ней. В некоторых вариантах осуществления пленка может представлять собой твердое вещество, сформированное при испарении растворителя из смеси. В контексте настоящего документа “покрытие” (в качестве отглагольного существительного) обозначает действие нанесения смеси на поверхность, благодаря чему формируется пленка.
[21] В контексте настоящего документа термин “проводящий” обозначает обладание свойством проводимости, при этом указанная проводимость может представлять собой электрическую проводимость и/или тепловую проводимость.
[22] В контексте настоящего документа фраза “проводящий слой” обозначает слой или покрытие (или, в некоторых случаях, несколько отложенных слоев), отложенные на подложке, при этом слой является электропроводящим и/или теплопроводящим. В некоторых вариантах осуществления указанный проводящий слой может представлять собой жидкость. В некоторых вариантах осуществления указанный проводящий слой может представлять собой твердое вещество, полутвердое вещество или гель. Вкратце, 'проводящий слой', формируемый при осуществлении настоящего изобретения на практике, может представлять собой сеть (или решетку) из анизотропных проводящих наночастиц, отложенных на подложке, при этом указанная сеть из анизотропных проводящих наночастиц по меньшей мере частично инкапсулирована в связующее.
[23] В контексте настоящего документа фраза “проводящий полимер” обозначает полимер, который при выливании на подложку образует проводящий слой. Некоторые неограничивающие примеры проводящих полимеров представляют собой политиофен и его производные, полианилин, поли(3,4-этилендиокситиофен), поли(п-фениленвинилен), полипиррол, полиацетилен или их смеси. Следует понимать, что 'проводящий полимер' не обязательно содержит анизотропные проводящие наночастицы, чтобы быть проводящим.
[24] В контексте настоящего документа фраза “электропроводящий” обозначает обладание способностью проводить электричество.
[25] В контексте настоящего документа фраза “сложноэфирный растворитель” обозначает практически чистое соединение, которое является жидким при температуре окружающей среды и которое содержит по меньшей мере одну сложноэфирную функциональную группу. Некоторые неограничивающие примеры сложноэфирных растворителей представляют собой метилацетат, этилацетат, н-пропилацетат, изопропилацетат, метилпропионат и этилпропионат.[26] В контексте настоящего документа термин “пленка” обозначает оболочку (например, 'проводящий слой'), которая может быть тонкой относительно поверхности, на которой она отложена.
[27] В контексте настоящего документа фраза “кетоновый растворитель” обозначает практически чистое соединение, которое является жидким при температуре окружающей среды и которое содержит по меньшей мере одну кетоновую функциональную группу. Некоторые неограничивающие примеры кетоновых растворителей включают ацетон, метил этил кетон, метилпропилкетон, метилизобутилкетон, метилизоамилкетон, диацетоновый спирт, метиламилкетон, циклогексанон, диизобутилкетон и изопорон.
[28] В контексте настоящего документа термин “слой” можно использовать в качестве синонима термина 'покрытие', при этом обозначая полученную пленку, сформированную при нанесении смеси на поверхность. В некоторых вариантах осуществления полученная пленка может представлять собой жидкость с суспендированными наночастицами, равномерно распределенными в ней. В некоторых вариантах осуществления пленка может представлять собой твердое вещество, сформированное при испарении растворителя из смеси.
[29] В контексте настоящего документа термин “смесь” обозначает продукт, сформированный при объединении (т.е. смешивании) реагентов и растворителей, описываемых в данном документе. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения смесь может содержать по меньшей мере анизотропные проводящие наночастицы, связующее, спиртовой растворитель и сложноэфирный растворитель. В некоторых вариантах осуществления смесь также может представлять собой раствор.
[30] В контексте настоящего документа термин “наночастица” обозначает частицу, характеризующуюся по меньшей мере одним размером, который представляет собой диапазон от 1 нанометра до 999 нанометров в длину.
[31] В контексте настоящего документа “полимер со структурой, сформированной методом фотолитографии”, обозначает материал, который может откладываться в виде сплошного слоя на поверхности и отверждаться в областях, которые облучают электромагнитным излучением, лазерами или электронными пучками. При изготовлении интегральных схем их, как правило, называют фоторезистными материалами, и их структурируют с применением стандартных способов структурирования. Электромагнитное излучение, как правило, находится в ультрафиолетовом (UV) диапазоне.
[32] В контексте настоящего документа фраза “полярный виниловый полимер” обозначает виниловый полимер, который содержит по меньшей мере одну полярную функциональную группу в составе мономерных субъединиц, которые содержат указанный полимер. Некоторые неограничивающие примеры полярных виниловых полимеров включают поливинилпирролидон (PVP), поливинилбутираль (PVB), поливиниловый спирт (PVA), поливинилацетат и полиакриловую кислоту.
[33] В контексте настоящего документа термин “твердое вещество”, как правило, предназначен для разграничения жидкой смеси и 'твердого' материала, который остается после того, как растворитель из жидкой смеси испарился. Термин “твердое вещество” также можно использовать в отношении реагентов, которые находятся в 'твердой' форме при приобретении для приготовления смеси, как описано в данном документе. Термин 'твердое вещество' не подразумевает предположение, что материал является хрупким или негибким. На самом деле, во многих вариантах осуществления, остающийся 'твердый' проводящий слой может быть достаточно гибким, после того, как смеси по настоящему изобретению были нанесены на подложку и растворителям в указанной смеси обеспечили возможность испариться. Термин 'твердое вещество' также не подразумевает исключение ситуаций, при которых твердое соединение, например, суспендировано в жидкости.
[34] В контексте настоящего документа термин “трафарет” обозначает маскирующий слой в качестве либо отдельной пленки, либо структурированного слоя на поверхности.
[35] В контексте настоящего документа термин “поверхностно-активное вещество” обозначает практически чистое соединение, которое является амфифильным и содержит по меньшей мере одну полярную функциональную группу и по меньшей мере одну неполярную функциональную группу. Поверхностно-активное вещество может иметь либо ионную, либо неионную природу. Некоторые неограничивающие примеры ионных поверхностно-активных веществ включают лаурилсульфат натрия (SDS), луарилсульфат аммония, перфтороктансульфонат, стеарат натрия, соли жирных кислот и бромид цетилтриметиламмония (СТАВ). Некоторые неограничивающие примеры неионных поверхностно-активных веществ включают цетиловый спирт, стеариновый спирт, полиоксиэтиленгликольалкиловые простые эфиры, полиоксипропиленгликольалкиловые простые эфиры, сополимеры полиэтиленоксид-блок-пропиленоксид и фторполимер-блок-полиэтиленоксиды.
[36] В контексте настоящего документа термин “подложка” обозначает материал-основу. Подложки, применяемые при осуществлении настоящего изобретения на практике, могут представлять собой прозрачные материалы, такие как стекло или прозрачные полимерные материалы. Как правило, 'подложка' будет прозрачной, полупрозрачной или матовой. Однако, 'подложка' не обязательно всегда должна пропускать свет.
[37] В контексте настоящего документа термин “прозрачный” обозначает свойство материала (например, подложки или проводящего слоя), при котором указанный материал допускает пропускание по меньшей мере 50% света, направленного на одну сторону указанного материала, к другой стороне указанного материала.
[38] В контексте настоящего документа фраза “теплопроводящий” обозначает обладание способностью проводить тепло.
[39] В контексте настоящего документа в отношении смеси термин “однородный” обозначает ситуацию, при которой твердые компоненты указанной смеси практически гомогенно распределены по всей указанной смеси, так что имеется небольшое набухание, локализация, комкование или агрегация каких-либо нерастворенных твердых веществ, которые остаются в указанной смеси, или таковые не обнаруживаются.
[40] В контексте настоящего документа фраза “водорастворимый полимер” обозначает полимер, который содержит преимущественно полярные мономерные субъединицы, которые придают полимеру растворимость в воде. Некоторые неограничивающие примеры водорастворимых полимеров, которые можно применять при осуществлении настоящего изобретения на практике, включают карбоксиметилцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу, гидроксипропилметилцеллюлозу, метилцеллюлозу, поливиниловый спирт (PVA), полистиролсульфонат, полиаллиламин, полиэтиленимин (PEI), поли(2-этил-2-оксазолин), полиэтиленоксид, полиэтиленгликоль, поливинилпирролидон и их комбинации.
[41] В контексте настоящего документа в отношении смеси фраза “весовой процент” обозначает вес одного компонента или выбранного числа компонентов указанной смеси касательно того, как он/они относится/относятся к весу всех компонентов указанной смеси.
4. Общая часть
[42] Следует понимать, что обсуждение, изложенное ниже в этом разделе “Общая часть”, может относиться к некоторым или ко всем различным вариантам осуществления настоящего изобретения, описанным в данном документе.
Подложка
[43] Согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения проводящий слой формируют и/или откладывают на подложке. Подложка может быть прозрачной. Подложка может быть полупрозрачной. Подложка может быть матовой. Подложка может представлять собой материал, который объединяет два или более из этих свойств в различных местах подложки. Одна или несколько зон подложки могут быть непрозрачными или даже могут отражать свет. Во многих случаях подложка является прозрачной или полупрозрачной.
[44] Подложка может представлять собой жесткий материал, такой как стекло, поликарбонат, сложный полиэфир, акриловый полимер или их комбинации. Подложка может представлять собой гибкую пленку, причем такая пленка выполнена из поли(этилентерефталата) (PET), поли(этиленнафталата) (PEN) или термопластических полимеров, таких как поливинилидендифторид (PVDF) или политетрафторэтилен (известный также как TEFLON), или комбинаций любого из вышеуказанного. Подложка может быть выполнена из других полимеров, таких как акрилаты, метакрилаты, полиолефины, полистиролы или их комбинаций или сополимеров. Подложка может быть выполнена из многих разнородных материалов или из слоев из различных разнородных материалов. Подложку можно обрабатывать или медленно охлаждать для уменьшения сморщивания и/или повышения стабильности.
Проводящий слой
[45] В вариантах осуществления настоящего изобретения 'проводящий слой' формируют и/или откладывают на подложке. Проводящий слой представляет собой теплопроводящий и/или электропроводящий. В большинстве случаев проводящий слой можно формировать путем обеспечения контакта подложки со смесью, как более подробно описано ниже. Указанная смесь может представлять собой жидкость, пасту или гель, которые можно наносить на подложку, благодаря чему формируется пленка (известная также как покрытие или слой). Указанная смесь содержит анизотропные проводящие наночастицы, которые более подробно описаны ниже. Указанные анизотропные проводящие наночастицы присутствуют в указанной смеси, так что когда при откладываются на подложку, они формируют сеть из частиц, которые способны проводить электричество и/или тепло через указанный 'проводящий слой'.
[46] Следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления 'проводящий слой' может содержать более одного 'слоя' материала, который отложен на подложке. Иначе говоря, в некоторых вариантах осуществления смесь можно наносить более чем за одно нанесение или при помощи (слой-на-слой) последовательного нанесения двух или разнородных смесей. На самом деле, в некоторых вариантах осуществления проводящие свойства полученного 'слоя' или 'пленки' (т.е. конечного 'проводящего слоя') можно регулировать или настраивать за счет числа слоев смеси и/или композиции различных слоев смеси, которые нанесены на подложку. Следовательно, то, что обозначают как 'проводящий слой', в некоторых случаях может содержать несколько отдельных слоев, которые были нанесены на подложку, благодаря чему формируется проводящая сеть по меньшей мере на части по меньшей мере одной поверхности подложки.
[47] В некоторых вариантах осуществления 'проводящий слой' полностью покрывает поверхность подложки. В некоторых вариантах осуществления 'проводящий слой' покрывает только часть одной или нескольких поверхностей подложки. В некоторых вариантах осуществления 'проводящий слой' можно наносить на подложку с формированием двух- или трехмерной структуры. В некоторых вариантах осуществления на подложку можно наносить несколько слоев, некоторые из которых могут быть сформированы из непроводящих материалов. Например, первый 'проводящий слой' можно наносить на подложку со структурой, затем непроводящий слой можно наносить со структурой поверх указанной подложки и по меньшей мере части указанного первого 'проводящего слоя' и затем второй 'проводящий слой' можно наносить (необязательно со структурой) поверх указанной подложки и по меньшей мере части указанного непроводящего слоя и по меньшей мере части указанного первого проводящего слоя, так что имеется по меньшей мере частичный контакт между частями первого и второго 'проводящих слоев'. Этот процесс можно повторять несколько раз, благодаря чему образуется сложная структурированная взаимосвязанная проводящая сеть или сети в двух или трех измерениях.
[48] Структурированные проводящие слои также можно формировать при помощи, например, сначала отложения непроводящего слоя, при этом анизотропные проводящие наночастицы откладывают с непроводящим связующим, смолой или добавкой, которые ингибируют проводимость между анизотропными проводящими наночастицами. Примером непроводящего связующего, смолы или добавки, которые могут ингибировать проводимость между индивидуальными анизотропными проводящими наночастицами, является такое, которое предпочтительно прилипает к поверхности проводящих наночастиц и экранирует указанные наночастицы от взаимодействия в виде проводимости с другими наночастицами, и при этом указанное непроводящее связующее, смолу или добавку можно по меньшей мере частично счистить с наночастиц посредством физической или химической обработки. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы отложенного непроводящего слоя, в качестве альтернативы, можно предварительно покрывать указанным непроводящим связующим, смолой или добавкой для придания им свойства непроводимости. Покрывают ли предварительно анизотропные проводящие наночастицы непроводящим связующим, смолой или добавкой, или их включают при отложении непроводящего слоя является вопросом выбора.
[49] Указанное непроводящее связующее, смолу или добавку выбирают так, чтобы его можно было удалить при определенных условиях, благодаря чему восстанавливается проводимость между анизотропными проводящими наночастицами. Например, непроводящее связующее, смолу или добавку можно частично или полностью счищать путем облучения анизотропных проводящих наночастиц непроводящего слоя. В некоторых вариантах осуществления непроводящее связующее, смолу или добавку можно частично или полностью удалять с анизотропных проводящих наночастиц непроводящего слоя посредством химической обработки.
[50] Затем, например, может быть получен структурированный проводящий слой при помощи отложения непроводящего слоя и последующего облучения определенных участков непроводящего слоя, благодаря чему в пределах указанного участка с анизотропных проводящих наночастиц избирательно счищается непроводящее связующее, смола или добавка и благодаря чему они вновь переходят в состояние проводимости между указанными наночастицами. Подобным образом, например, может быть получен структурированный проводящий слой при помощи отложения непроводящего слоя и последующей химической обработки определенных участков непроводящего слоя, благодаря чему в пределах указанного участка с анизотропных проводящих наночастиц выборочно счищается непроводящее связующее, смола или добавка и благодаря чему они вновь переходят в состояние проводимости между указанными наночастицами.
[51] В некоторых вариантах осуществления это может выполнить путем сначала маскирования непроводящего слоя при помощи либо трафарета, либо полимера со структурой, сформированной методом фотолитографии, которые будут блокировать химическую обработку или обработку облучением и защищать непроводящее связующее или добавку для поддержания непроводящего состояния в таких областях слоя. Облучение, например, может представлять собой либо УФ свет, либо электромагнитное излучение, которые придают непроводящим участкам проводимость путем удаления, разрушения или дезактивации связующего или добавки, которые ингибируют проводимость между анизотропными проводящими наночастицами с обеспечением проводимости в двух или трех направлениях слоя. Облучение также может происходить, например, посредством сканирования лазерным или электронным пучком для активации анизотропных проводящих наночастиц и придания непроводящему слою проводимости в таких областях, которые подверглись воздействию сканирующего лазерного или электронного пучка.
[52] Химическую обработку можно осуществлять, например, посредством погружения, покрытия, распыления или окрашивания слоя. Химическую обработку, например, также можно применять в виде пара.
[53] Некоторые неограничивающие примеры связующих, смол или добавок, которые ингибируют проводимость между наночастицами, включают отверждаемые ультрафиолетом (УФ) винилакрилаты, такие как винилакрилаты, в основе которых лежат триметилолпропантриакрилат или диметилсилоксаны. Некоторые неограничивающие примеры добавок включают поверхностно-активные вещества, такие как бромид цетилтриметиламмония и алкилдитиотиадиазол. Некоторые неограничивающие примеры добавок включают метилнадикангидрид, дициандиамид и подобные молекулы.
[54] Преимущество получения структурированного проводящего слоя путем модификации отложенного непроводящего слоя, как описано выше, заключается в том, что его можно получать при помощи однократного отложения по сравнению с несколькими этапами отложения слоев.
Смеси
[55] В некоторых вариантах осуществления смеси, применяемые при осуществлении настоящего изобретения на практике, могут содержать: a) по меньшей мере один спиртовой растворитель; b) по меньшей мере один сложноэфирный растворитель; c) по меньшей мере один простой эфир целлюлозы, сольватированный в них; и d) анизотропные проводящие наночастицы, равномерно распределенные в указанной смеси. Указанные смеси обычно можно называть чернилами или проводящими чернилами. Указанные смеси или чернила могут образовывать пленки, которые, будучи достаточно тонкими, могут формировать прозрачные и/или проводящие слои (или пленки) на всей или части одной или нескольких поверхностей подложки.
[56] В некоторых вариантах осуществления смеси, применяемые при осуществлении настоящего изобретения на практике, могут содержать; a) по меньшей мере один спиртовой растворитель; b) по меньшей мере один кетоновый растворитель; c) по меньшей мере один полярный виниловый полимер, сольватированный в них; и d) анизотропные проводящие наночастицы, равномерно распределенные в указанной смеси. Указанные смеси обычно можно называть чернилами или проводящими чернилами. Указанные смеси или чернила могут образовывать пленки, которые могут формировать прозрачные и/или проводящие слои (или пленки) на всех или части одной или нескольких поверхностей подложки.
[57] В некоторых вариантах осуществления смеси, применяемые при осуществлении настоящего изобретения на практике, могут содержать: a) по меньшей мере один алифатический или ароматический растворитель; b) по меньшей мере один спиртовой растворитель; c) по меньшей мере один неполярный виниловый полимер, сольватированный в них; и d) анизотропные проводящие наночастицы, равномерно распределенные в указанной смеси. Указанные смеси обычно можно называть чернилами или проводящими чернилами. Указанные смеси или чернила могут образовывать пленки, которые могут формировать прозрачные и/или проводящие слои (или пленки) на всей или части одной или нескольких поверхностей подложки.
[58] В некоторых вариантах осуществления смеси, применяемые при осуществлении настоящего изобретения на практике, могут содержать; a) по меньшей мере один спиртовой растворитель; b) воду; c) по меньшей мере один водорастворимый полимер, сольватированный в них; и d) анизотропные проводящие наночастицы, равномерно распределенные в указанной смеси. Указанные смеси обычно можно называть чернилами или проводящими чернилами. Указанные смеси или чернила могут образовывать пленки, которые могут формировать прозрачные и/или проводящие слои (или пленки) на всех или части одной или нескольких поверхностей подложки.
[59] Следует понимать, чтобы быть прозрачными, проводящие слои (или пленки) будут достаточно тонкими для обеспечения возможности прохождения через них света. Если проводящие слои являются слишком толстыми, будет проходить недостаточное количество света. Толщина проводящего слоя, следовательно, зависит от точных свойств светопропускания смеси.
[60] В некоторых вариантах осуществления смеси по настоящему изобретению могут необязательно содержать добавки для улучшения или контроля текучести, способности образовывать покрытие, вязкости, однородности отложения или цвета полученного проводящего слоя. В некоторых вариантах осуществления добавки могут менять свойства формирования пленки, минимизировать дефекты формирования пленки, повышать сопротивление, а также изменять адгезию и/или прочность или воздействовать на гидрофобные или гидрофильные свойства поверхности. В некоторых вариантах осуществления добавки могут менять гибкость полученного проводящего слоя. Примером добавки является поверхностно-активное вещество.
[61] Компоненты указанных смесей, как правило, можно классифицировать как жидкие компоненты и твердые компоненты. Спиртовые, сложноэфирные, кетоновые, алифатические и ароматические растворители, а также вода представляют собой жидкие компоненты. Простой эфир целлюлозы, полярный виниловый полимер, неполярный виниловый полимер, водорастворимый полимер и анизотропные проводящие наночастицы представляют собой твердые компоненты. В то время как такой компонент, как простой эфир целлюлозы, полярный виниловый полимер, неполярный виниловый полимер и водорастворимый полимер, будут по меньшей мере частично растворяться в растворителях смеси, анизотропные проводящие наночастицы, как правило, практически не растворяются (и, следовательно, являются суспендированными) в смеси.
[62] Проводящий слой или прозрачный проводящий слой, сформированный из указанных смесей, как правило, представляет собой сухую пленку, которая образуется при испарении растворителя из указанной смеси. В некоторых вариантах осуществления предпочтительным может быть применение проводящего слоя, пока он остается жидким. Если требуется твердый или полутвердый проводящий слой, то проводящую пленку можно получать в результате испарения растворителя. Испарение растворителя может происходить при температуре и/или давлении окружающей среды, или его можно ускорять путем нагревания и/или вакуумного испарения. В результате испарение растворителя из смеси, которая была отложена на поверхности или поверхностях подложки, образуется проводящий слой, который представляет собой сеть из анизотропных проводящих наночастиц, которая по меньшей мере частично инкапсулирована связующим.
[63] Авторы настоящего изобретения определили, что проводящие свойства/качество прозрачных проводящих слоев (известных также как прозрачные проводящие пленки) могут зависеть от того, насколько равномерно распределены анизотропные проводящие наночастицы в указанной смеси. Иначе говоря, если анизотропные проводящие наночастицы демонстрируют тенденцию к локализации, комкованию или агрегации, слой или пленка, образованные путем нанесения смеси на подложку, не будут проявлять хорошую проводимость. Без желания быть связанным какой-либо теорией полагают, что когда анизотропные проводящие наночастицы локализуются, комкуются или агрегируют, они не формируют (или с меньшей вероятностью формируют) взаимосвязанную сеть в полученном слое или покрытии. Вследствие этого, предпочтительно, чтобы анизотропные проводящие наночастицы равномерно распределялись в смеси - что обычно будет приводить к тому, что анизотропные проводящие наночастицы будут однородно распределены в полученной пленке.
[64] Наблюдения авторов настоящего изобретения поддерживаются примерами 2, 3 и 4 и связанными с ними таблицами II-IV. В таблицах II-IV, в частности, показано, что определенные смеси, содержащие комбинации растворителей, которые можно найти в некоторых справочных источниках, приводят к агрегации анизотропных проводящих наночастиц в смеси, а полученные пленки являются слабо электропроводящими.
[65] В своей совокупности, информация, представленная в примерах 1-4 и таблицах I-IV, подтверждает точку зрения авторов настоящего изобретения, что не все комбинации растворителей и связующих будут образовывать проворящий слой, и, на самом деле, определенные комбинации дают превосходные эксплуатационные характеристики, тогда как другие дают плохие эксплуатационные характеристики. В частности, смеси, описанные в данном документе, обычно представляют собой превосходные чернила, которые образуют превосходные проводящие слои.
[66] Проще говоря, выбранные растворители и природу выбранного связующего (например, простой эфир целлюлозы, полярный виниловый полимер, неполярный виниловый полимер и водорастворимый полимер) объединяют для получения превосходных характеристик. Например, авторы настоящего изобретения обнаружили, что спиртовой растворитель, сложноэфирный растворитель и связующее на основе простого эфира целлюлозы (а не сложного эфира целлюлозы) при объединении с анизотропными проводящими наночастицами и смешивании в определенных пропорциях могут формировать высокопроводящий прозрачный слой (т.е. пленки). Авторы настоящего изобретения также обнаружили, что спиртовой растворитель, кетоновый растворитель и связующее на основе полярного винилового полимера при объединении с анизотропными проводящими наночастицами и смешивании в определенных пропорциях могут формировать высокопроводящий прозрачный слой (т.е. пленки). Авторы настоящего изобретения дополнительно обнаружили, что спиртовой растворитель, алифатический растворитель и связующее на основе неполярного винилового полимера при объединении с анизотропными проводящими наночастицами и смешивании в определенных пропорциях могут формировать высокопроводящий прозрачный слой (т.е. пленки). Авторы настоящего изобретения, кроме того, дополнительно обнаружили, что спиртовой растворитель, вода и водорастворимое связующее при объединении с анизотропными проводящими наночастицами и смешивании в определенных пропорциях могут формировать высокопроводящий прозрачный слой (т.е. пленки).
[67] В некоторых вариантах осуществления смеси (чернила) по настоящему изобретению имеют достаточно низкую вязкость, так что их можно применять в струйной печати и других технологиях печати (флексография, глубокая печать, офсетная печать). В некоторых вариантах осуществления смеси (чернила) по настоящему изобретению являются более вязкими и их нельзя применять в струйной печати, но можно применять для трафаретной печати или других способов печати с чернилами высокой вязкости.
Спиртовой растворитель
[68] Как отмечено выше, различные смеси по настоящему изобретению могут содержать по меньшей мере один спиртовой растворитель. Как известно авторам настоящего изобретения, спиртовые растворители очень хорошо предотвращают агрегацию и/или комкование анизотропных проводящих наночастиц (в частности - серебряных наночастиц). Хотя можно применять многочисленные спиртовые растворители и смеси спиртовых растворителей, авторы настоящего изобретения обнаружили, что метиловый спирт и изопропиловый спирт являются особенно пригодными спиртовыми растворителями для осуществления настоящего изобретения на практике.
[69] Спиртовые растворители, такие как метанол и изопропанол, также хорошо испаряются при температурах окружающей среды. В целом, спирты, которые хорошо испаряются при температуре окружающей среды, являются предпочтительными для осуществления настоящего изобретения на практике. Например, можно выбрать спиртовой растворитель (или смесь спиртовых растворителей), характеризующийся точкой кипения, которая составляет менее 100°C, менее 90°C или менее 80°C.
[70] В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель является наибольшим компонентом смеси по объему. Спиртовой растворитель может составлять до 99,5% по объему смеси, хотя, как правило, он составляет намного менее 99,5% по объему смеси. Обычно, чернила с наилучшими эксплуатационными характеристиками содержат по меньшей мере 70% по объему одного или нескольких спиртовых растворителей. Как можно увидеть в таблицах II и III, смеси с содержанием спиртового растворителя от 90% до 70% по объему обычно не проявляют какую-либо значительную агрегацию серебряных нанопроволок (т.е. 'анизотропных проводящих наночастиц').
[71] В некоторых вариантах осуществления объем спиртового растворителя в смеси может составлять менее 70% по объему. Например, в некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси может составлять от 60 до несколько ниже 70 процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси может составлять от 50 до несколько ниже 60 процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси может составлять от 40 до несколько ниже 50 процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси может составлять от 30 до несколько ниже 40 процентов по объему. Обычно, спиртовой растворитель составляет не менее 30 процентов по объему смеси. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель составляет не менее пятидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель составляет не менее шестидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель присутствует в смеси в количестве 50% или более по объему.
[72] В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель присутствует в смеси в количестве от приблизительно 50 процентов до приблизительно 95 процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель присутствует в смеси в количестве от приблизительно 40 процентов до приблизительно 98 процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель присутствует в смеси в количестве от приблизительно 30 процентов до приблизительно 99,5 процентов по объему.
Сложноэфирный растворитель
[73] Как отмечено выше, различные смеси по настоящему изобретению могут содержать по меньшей мере один сложноэфирный растворитель. Как было показано авторами настоящего изобретения, сложноэфирные растворители очень хорошо себя проявляют при растворении связующего на основе простого эфира целлюлозы. Примеры сложноэфирных растворителей включают без ограничений метилацетат, этилацетат, бутилацетат и изопропилацетат. Хотя можно применять многочисленные сложноэфирные растворители и смеси сложноэфирных растворителей, авторы настоящего изобретения обнаружили, что метилацетат и этилацетат являются особенно пригодными сложноэфирными растворителями для осуществления настоящего изобретения на практике.
[74] Сложноэфирные растворители, такие как метилацетат и этилацетат, также хорошо испаряются при температурах окружающей среды. В целом, сложноэфирные растворители, которые хорошо испаряются при температуре окружающей среды, являются пригодными для осуществления настоящего изобретения на практике. Например, можно выбрать сложноэфирный растворитель (или смесь сложноэфирных растворителей), характеризующийся точкой кипения, которая составляет менее 100°C, менее 90°C или менее 80°C. В некоторых случаях, можно выбрать спиртовой и сложноэфирный растворители для формирования азеотропной смеси с низкой точкой кипения.
[75] Сложноэфирный растворитель обычно может составлять от приблизительно 0,5% по объему до приблизительно 70% по объему смеси. Как показано в таблице III, смеси с содержанием сложноэфирного растворителя 30% или менее по объему обычно не проявляют какую-либо значительную агрегацию серебряных нанопроволок (т.е. 'анизотропных проводящих наночастиц').
[76] В некоторых вариантах осуществления объем сложноэфирного растворителя в смеси может составлять менее 70% по объему. Например, в некоторых вариантах осуществления сложноэфирный растворитель в смеси может составлять от 50 до несколько ниже 60 процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления сложноэфирный растворитель в смеси может составлять от 40 до несколько ниже 50 процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления сложноэфирный растворитель в смеси может составлять от 30 до несколько ниже 40 процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления сложноэфирный растворитель в смеси может составлять от 20 до несколько ниже 30 процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления сложноэфирный растворитель в смеси может составлять от 10 до несколько ниже 20 процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления сложноэфирный растворитель в смеси может составлять от 0,5 до несколько ниже 10 процентов по объему. Обычно, однако, сложноэфирный растворитель составляет не более 50 процентов по объему смеси.
Кетоновый растворитель
[77] Как отмечено выше, различные смеси по настоящему изобретению содержат по меньшей мере один кетоновый растворитель. Как было показано авторами настоящего изобретения кетоновые растворители очень хорошо себя проявляют при растворении полярных виниловых полимеров. Примеры кетоновых растворителей включают без ограничений ацетон, метилэтилкетон, метилпропилкетон, метилизобутилкетон, метилизоамилкетон, диацетоновый спирт, метиламилкетон, цилогексанон, диизобутилкетон и изопорон. Хотя можно применять многочисленные кетоновые растворители и смеси кетоновых растворителей, авторы настоящего изобретения обнаружили, что ацетон является особенно пригодным кетоновым растворителем для осуществления настоящего изобретения на практике.
[78] Кетоновые растворители, такие как ацетон, также хорошо испаряются при температурах окружающей среды. В целом, кетоновые растворители, которые хорошо испаряются при температуре окружающей среды, являются предпочтительными для осуществления настоящего изобретения на практике. В некоторых случаях, можно выбрать спиртовые и кетоновые растворители для формирования азеотропной смеси с низкой точкой кипения.
[79] Кетоновый растворитель, как правило, может составлять от приблизительно 0,5% по объему до приблизительно 70% по объему смеси. Как показано в таблице III, смеси с содержанием сложноэфирного растворителя 30% или менее по объему обычно не проявляют какую-либо значительную агрегацию серебряных нанопроволок (т.е. 'анизотропных проводящих наночастиц').
[80] В некоторых вариантах осуществления объем кетонового растворителя в смеси может составлять менее 70% по объему. Например, в некоторых вариантах осуществления кетоновый растворитель в смеси может составлять от 50 до несколько ниже 60 процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления кетоновый растворитель в смеси может составлять от 40 до несколько ниже 50 процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления кетоновый растворитель в смеси может составлять от 30 до несколько ниже 40 процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления кетоновый растворитель в смеси может составлять от 20 до несколько ниже 30 процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления кетоновый растворитель в смеси может составлять от 10 до несколько ниже 20 процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления кетоновый растворитель в смеси может составлять от приблизительно 0,5 до несколько ниже 10 процентов по объему.
Алифатический или ароматический растворитель
[81] Как отмечено выше, различные смеси по настоящему изобретению содержат по меньшей мере один алифатический и/или ароматический растворитель. Как было показано авторами настоящего изобретения алифатические и/или ароматические растворители очень хорошо себя проявляют при растворении неполярных виниловых полимеров. Хотя можно применять многочисленные алифатические или ароматические растворители и смеси алифатических и ароматических растворителей, авторы настоящего изобретения обнаружили, что циклогексан и толуол являются особенно пригодными алифатическими/ароматическими растворителями для осуществления настоящего изобретения на практике.
[82] В некоторых вариантах осуществления объем алифатического и/или ароматического растворителя в смеси может составлять менее 70% по объему. Например, в некоторых вариантах осуществления алифатический и/или ароматический растворитель в смеси может составлять от 50 до несколько ниже 60 процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления алифатический и/или ароматический растворитель в смеси может составлять от 40 до несколько ниже 50 процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления алифатический и/или ароматический растворитель в смеси может составлять от 30 до несколько ниже 40 процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления алифатический и/или ароматический растворитель в смеси может составлять от 20 до несколько ниже 30 процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления алифатический и/или ароматический растворитель в смеси может составлять от 10 до несколько ниже 20 процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления алифатический и/или ароматический растворитель в смеси может составлять от 0,5 до несколько ниже 10 процентов по объему.
Вода
[83] Как отмечено выше, различные смеси по настоящему изобретению могут содержать воду. В некоторых вариантах осуществления вода в смеси может составлять менее 70% по объему. Например, в некоторых вариантах осуществления, вода в смеси может составлять от 50 до несколько ниже 60 процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления вода в смеси может составлять от 40 до несколько ниже 50 процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления вода в смеси может составлять от 30 до несколько ниже 40 процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления вода в смеси может составлять от 20 до несколько ниже 30 процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления вода в смеси может составлять от 10 до несколько ниже 20 процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления вода в смеси может составлять от 0,5 до несколько ниже 10 процентов по объему.
Простой эфир целлюлозы
[84] При описании в литературе проводящие чернила часто обсуждают с учетом включения связующего. Однако, в различных литературных источниках предполагают, что связующее может быть необязательным. Что касается настоящего изобретения, в некоторых вариантах осуществления компонентом смеси является простой эфир целлюлозы, и он может называться связующим. Коротко говоря, связующее представляет собой соединение, которое поддерживает сеть (или переплетение, или матрицу) из взаимосвязанных анизотропных проводящих наночастиц, которая остается после испарения растворителя из смеси. В случае этого примера, этилцеллюлоза (отдельно или в комбинации с другими связующими) поддерживает сеть (или переплетение, или матрицу) из взаимосвязанных анизотропных проводящих наночастиц, которая остается после испарения растворителя из смеси.
[85] Примеры простых эфиров целлюлозы, которые можно использовать при осуществлении настоящего изобретения на практике, включают этилцеллюлозу, метил целлюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу, гидроксипропилметилцеллюлозу, гидроксипропилцеллюлозу или метил-2-гидроксиэтилцеллюлозу и, в частности, этилцеллюлозу с содержанием этоксила в интервале 40-60%.
Полярные виниловые полимеры
[86] Что касается настоящего изобретения, в некоторых вариантах осуществления компонентом смеси является полярный виниловый полимер, и он может называться связующим. В случае этого примера, полярный виниловый полимер (отдельно или в комбинации с другими связующими) поддерживает сеть (или переплетение, или матрицу) из взаимосвязанных анизотропных проводящих наночастиц, которая остается после испарения растворителя из смеси.
[87] Примеры полярных виниловых полимеров, которые можно применять при осуществлении настоящего изобретения на практике, включают поливинилпирролидон (PVP), поливинилбутираль (PVB), поливиниловый спирт (PVA), поливинилацетат и полиакриловую кислоту.
Неполярные виниловые полимеры
[88] Что касается настоящего изобретения, в некоторых вариантах осуществления компонентом смеси является неполярный виниловый полимер, и он может называться связующим. В случае этого примера, неполярный виниловый полимер (отдельно или в комбинации с другими связующими) поддерживает сеть (или переплетение, или матрицу) из взаимосвязанных анизотропных проводящих наночастиц, которая остается после испарения растворителя из смеси.
[89] Примеры неполярных виниловых полимеров, которые можно применять при осуществлении настоящего изобретения на практике, включают полиэтилен, полипропилен, циклический олефиновый полимер, полистирол, полиметилметакрилат, сложные полиэфиры (полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат) и полиакрилонитрил.
Водорастворимые полимеры
[90] Что касается настоящего изобретения, в некоторых вариантах осуществления компонентом смеси является водорастворимый полимер, и он может называться связующим. В случае этого примера, водорастворимый полимер (отдельно или в комбинации с другими связующими) поддерживает сеть (или переплетение, или матрицу) из взаимосвязанных анизотропных проводящих наночастиц, которая остается после испарения растворителя из смеси.
[91] Примеры водорастворимых полимеров, которые можно применять при осуществлении настоящего изобретения на практике, включают карбоксиметилцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу, гидроксипропилметилцеллюлозу, метилцеллюлозу, поливиниловый спирт (PVA), полистиролсульфонат, полиаллиламин, полиэтиленимин (PEI), поли(2-этил-2-оксазолин), полиэтиленоксид, полиэтиленгликоль, поливинилпирролидон.
Анизотропные проводящие наночастицы
[92] Анизотропные проводящие наночастицы формируют сеть (т.е. матрицу или переплетение) в проводящем слое, и благодаря этому проводят тепло и/или электричество через сеть или внутри сети. Анизотропные проводящие наночастицы могут быть металлическими или неметаллическими. Например, известно, что серебряные наночастицы и углеродные нанотрубки являются как электро-, так и теплопроводящими. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы могут представлять собой металлические нанопроволоки, металлические хлопья, металлические наносферы, металлические нанотрубки, углеродные нанотрубки, графен или их любую возможную комбинацию. Если они являются металлическими, анизотропные проводящие наночастицы могут представлять собой металлические нанопроволоки, металлические хлопья, металлические наносферы, металлические нанотрубки или их комбинации. Металл может представлять собой серебро, медь, никель, золото, палладий, платину или их любую возможную комбинацию. Можно применять другие типы проводящих наполнителей, такие как углеродная сажа. В контексте настоящего изобретения графит не является анизотропной проводящей наночастицей.
[93] Проводимость проводящего слоя может зависеть от количества анизотропных проводящих наночастиц, применяемых в смеси (чернилах). Количество выбранных анизотропных проводящих наночастиц может зависеть от способа нанесения и/или печати, применяемых для нанесения смеси (чернил) на подложку. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы, распределенные в смеси, составляют не больше 0,25% по объему. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы, распределенные в смеси, составляют не больше 0,5% по объему. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы, распределенные в смеси, составляют не больше 1% по объему. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы, распределенные в смеси, составляют не больше 2% по объему. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы, распределенные в смеси, составляют не больше 3% по объему. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы, распределенные в смеси, составляют не больше 4% по объему. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы, распределенные в смеси, составляют не больше 5% по объему. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы, распределенные в смеси, составляют не больше 6% по объему. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы, распределенные в смеси, составляют не больше 7% по объему. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы, распределенные в смеси, составляют не больше 8% по объему. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы, распределенные в смеси, составляют не больше 9% по объему. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы, распределенные в смеси, составляют не больше 10% по объему. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы, распределенные в смеси, составляют не больше 11% по объему. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы, распределенные в смеси, составляют не больше 12% по объему. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы, распределенные в смеси, составляют не больше 13% по объему. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы, распределенные в смеси, составляют не больше 14% по объему. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы, распределенные в смеси, составляют не больше 15% по объему. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы, распределенные в смеси, составляют не больше 16% по объему. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы, распределенные в смеси, составляют не больше 17% по объему. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы, распределенные в смеси, составляют не больше 18% по объему. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы, распределенные в смеси, составляют не больше 19% по объему.
[94] Количество анизотропных проводящих наночастиц в смеси может превышать 19% по объему. На самом деле, в некоторых вариантах осуществления количество анизотропных проводящих наночастиц в смеси может составлять до и включительно 35% по объему.
[95] Подобным образом, количество анизотропных проводящих наночастиц в смеси может составлять менее 0,25 процента по объему. На самом деле, в некоторых вариантах осуществления количество анизотропных проводящих наночастиц в смеси может составлять 0,1 процента или менее.
[96] В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы составляют от приблизительно 0,1 процента до приблизительно 1 процента объема смеси. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы составляют от приблизительно 0,25 процента до приблизительно 10 процентов объема смеси.
Твердые вещества в смеси
[97] Твердые вещества представляют собой любые твердые материалы, применяемые для получения смеси. Анизотропные проводящие наночастицы, а также простой эфир целлюлозы, полярные виниловые полимеры, неполярные виниловые полимеры и водорастворимые полимеры представляют собой твердые вещества. В некоторых вариантах осуществления смесь получают с учетом количества содержащихся в ней твердых веществ.
[98] В некоторых вариантах осуществления твердые вещества в указанной смеси составляют от приблизительно 0,01 до приблизительно 80 весовых процентов указанной смеси. В некоторых вариантах осуществления твердые вещества присутствуют в диапазоне от приблизительно 0,5 до приблизительно 50 весовых процентов смеси. В некоторых вариантах осуществления твердые вещества присутствуют в диапазоне от приблизительно 2 до приблизительно 30 весовых процентов смеси. В некоторых вариантах осуществления твердые вещества присутствуют в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 25 весовых процентов смеси.
[99] В некоторых вариантах осуществления твердые вещества составляют менее 2 весовых процентов смеси. В некоторых вариантах осуществления твердые вещества составляют менее 5 весовых процентов смеси. В некоторых вариантах осуществления твердые вещества составляют менее 10 весовых процентов смеси. В некоторых вариантах осуществления твердые вещества составляют менее 15 весовых процентов смеси. В некоторых вариантах осуществления твердые вещества составляют менее 20 весовых процентов смеси. В некоторых вариантах осуществления твердые вещества составляют менее 25 весовых процентов смеси. В некоторых вариантах осуществления твердые вещества составляют менее 30 весовых процентов смеси. В некоторых вариантах осуществления твердые вещества составляют менее 35 весовых процентов смеси. В некоторых вариантах осуществления твердые вещества составляют менее 40 весовых процентов смеси. В некоторых вариантах осуществления твердые вещества составляют менее 45 весовых процентов смеси. В некоторых вариантах осуществления твердые вещества составляют менее 50 весовых процентов смеси.
[100] В некоторых вариантах осуществления смесь получают с учетом соотношения количества анизотропных проводящих наночастиц к простому эфиру целлюлозы, полярным виниловым полимерам и неполярным виниловым полимерам. Например, в некоторых вариантах осуществления соотношение веса анизотропных проводящих наночастиц к простому эфиру целлюлозы, полярным виниловым полимерам и/или неполярным виниловым полимерам находится в диапазоне от приблизительно одной части (по весу) анизотропных проводящих наночастиц к десяти тысячам частей (по весу) простого эфира целлюлозы, полярных виниловых полимеров и/или неполярных виниловых полимеров. В некоторых вариантах осуществления соотношение веса анизотропных проводящих наночастиц к простому эфиру целлюлозы, полярным виниловым полимерам и/или неполярным виниловым полимерам находится в диапазоне от приблизительно девяноста пяти частей (по весу) анизотропных проводящих наночастиц к одной части (по весу) простого эфира целлюлозы, полярных виниловых полимеров и/или неполярных виниловых полимеров. Как правило, диапазон для соотношения веса анизотропных проводящих наночастиц к простому эфиру целлюлозы, полярным виниловым полимерам и/или неполярным виниловым полимерам составляет от приблизительно одной части (по весу) анизотропных проводящих наночастиц к десяти тысячам частей (по весу) простого эфира целлюлозы, полярных виниловых полимеров и/или неполярных виниловых полимеров до приблизительно девяноста пяти частей (по весу) анизотропных проводящих наночастиц к одной части (по весу) простого эфира целлюлозы, полярных виниловых полимеров и/или неполярных виниловых полимеров.
Формирование проводящих слоев
[101] Материалы, содержащие проводящий слой(и) или прозрачный проводящий слой(и), как правило, формируют путем: а) приведения в контакт подложки со смесью, описываемой в данном документе; и b) обеспечения возможности испарения растворителя из смеси, благодаря чему формируется проводящий слой на подложке. Покрытия (т.е. пленки) из смеси на подложке можно получать с применением методик, известных в области техники, как нанесение покрытия с удалением излишков с помощью планки, обмотанной проволокой, нанесение покрытия погружением, грунтование воздушным шабером, нанесение покрытия поливом, нанесение покрытия обливом, нанесения покрытия шлицевой головкой, нанесение покрытий валиком, нанесение покрытия рифленым валиком или нанесение покрытия методом экструзии. Одно или несколько поверхностно-активных веществ и других вспомогательных веществ покрытия можно вводить в смесь, благодаря чему улучшается процесс нанесения покрытия.
Композиции
[102] В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к композиции, содержащей проводящий слой или прозрачный проводящий слой, отложенный по меньшей мере на части по меньшей мере одной поверхности подложки. В целом, указанные композиции получают при помощи приведения в контакт по меньшей мере части по меньшей мере одной поверхности подложки со смесью, раскрываемой в данном документе. В некоторых вариантах осуществления для композиции не требуется, чтобы растворители смеси испарились. Полагают, что указанные композиции являются новыми и неочевидными промежуточными продуктами для конечных новых и неочевидных подложек, содержащих проводящие слои или прозрачные проводящие слои, где растворитель испарился или практически испарился. В каждом случае, композиции представляют собой подложки, которые содержат по меньшей мере один проводящий слой или прозрачный проводящий слой, отложенные на них.
[103] Конечные новые и неочевидные подложки, содержащие проводящий слой(и) и/или прозрачные проводящие слои, где растворитель испарился или практически испарился, можно применять для прикладных задач, таких как сенсорные дисплеи, жидкокристаллические дисплеи, электролюминесцентное освещение, органические светоизлучающие диоды, фотоэлектрические солнечные элементы, электротермическая система нагрева, антиобледенительные материалы, противотуманные материалы, материалы для теплового интерфейса, электроды, защита от удара молнии, радиотехническая защита, антистатические покрытия и/или смарт-стекла.
5. Различные варианты осуществления изобретения
[104] Следует понимать, что порядок этапов или порядок проведения определенных действий является непринципиальным при условии, что настоящее раскрытие остается выполнимым, или если не указано иное. Более того, в некоторых вариантах осуществления, два или более этапов или действий можно проводить одновременно при условии, что идеи настоящего раскрытия остаются выполнимыми, или если не указано иное.
[105] В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к смеси, содержащей: а) по меньшей мере один спиртовой растворитель; b) по меньшей мере один сложноэфирный растворитель; c) по меньшей мере один простой эфир целлюлозы, в них сольватированный; и d) анизотропные проводящие наночастицы, равномерно распределенные в указанной смеси. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее тридцати процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее пятидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее шестидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее семидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее восьмидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее девяноста процентов по объему.
[106] В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к способу получения подложки, содержащей проводящий слой (причем в некоторых вариантах осуществления слой является прозрачным или его можно сделать таковым), при этом указанный способ включает: а) приведение в контакт по меньшей мере части по меньшей мере одной поверхности указанной подложки со смесью, содержащей: i) по меньшей мере один спиртовой растворитель; ii) по меньшей мере один сложноэфирный растворитель; iii) по меньшей мере один простой эфир целлюлозы, в них сольватированный; и iv) анизотропные проводящие наночастицы, равномерно распределенные в указанной смеси; и b) обеспечение возможности испарения указанного спиртового растворителя и указанного сложноэфирного растворителя из указанной смеси, благодаря чему на указанной подложке формируется прозрачный проводящий слой. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее тридцати процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее сорока процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее пятидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее шестидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее семидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее восьмидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее девяноста процентов по объему
[107] В некоторых вариантах осуществления смесь может дополнительно содержать проводящий полимер.
[108] В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к композиции, сформированной при помощи: a) приведения в контакт по меньшей мере части по меньшей мере одной поверхности подложки со смесью, содержащей: i) по меньшей мере один спиртовой растворитель; ii) по меньшей мере один сложноэфирный растворитель; iii) по меньшей мере один простой эфир целлюлозы, в них сольватированный; и iv) анизотропные проводящие наночастицы, равномерно распределенные в указанной смеси; и b) обеспечения возможности испарения указанного спиртового растворителя и указанного сложноэфирного растворителя из указанной смеси, благодаря чему на указанной подложке формируется проводящий слой. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее тридцати процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее сорока процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее пятидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее шестидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее семидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее восьмидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее девяноста процентов по объему.
[109] В некоторых вариантах осуществления смесь, применяемая для формирования композиции, может дополнительно содержать проводящий полимер.
[110] В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы представляют собой металлические нанопроволоки, металлические хлопья, металлические наносферы, металлические нанотрубки, углеродные нанотрубки, графен или их любую возможную комбинацию. В некоторых вариантах осуществления указанные металлические нанопроволоки, металлические хлопья, металлические наносферы и металлические нанотрубки содержат металл, выбранный из группы, состоящей из серебра, меди, никеля, золота, палладия, платины и их любой возможной комбинации. Анизотропные проводящие наночастицы могут представлять собой серебряные нанопроволоки. Другие проводящие наполнители могут включать углеродную сажу.
[111] В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к композиции, содержащей: подложку с нанесенной на нее жидкой смесью, благодаря чему формируется практически однородное покрытие по меньшей мере на части по меньшей мере одной поверхности указанной подложки, при этом указанная смесь содержит: i) по меньшей мере один спиртовой растворитель; ii) по меньшей мере один сложноэфирный растворитель; iii) по меньшей мере один простой эфир целлюлозы, в них сольватированный; и iv) анизотропные проводящие наночастицы, равномерно распределенные в указанной смеси. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в указанной смеси составляет не менее тридцати процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее сорока процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее пятидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее шестидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее семидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее восьмидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее девяноста процентов по объему.
[112] В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к композиции, содержащей: a) подложку; и b) проводящий слой, отложенный по меньшей мере на части по меньшей мере одной поверхности указанной подложки; при этом указанный проводящий слой содержит: i) простой эфир целлюлозы; и ii) электро- и/или теплопроводящую сеть из анизотропных проводящих наночастиц, по меньшей мере частично инкапсулированных в (или распределенных в) указанном простом эфире целлюлозы. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы представляют собой серебряные нанопроволоки. В некоторых вариантах осуществления проводящий слой является прозрачным.
[113] В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к смеси, содержащей: a) по меньшей мере один спиртовой растворитель; b) по меньшей мере один кетоновый растворитель; c) по меньшей мере один полярный виниловый полимер, в них сольватированный; и d) анизотропные проводящие наночастицы, равномерно распределенные в указанной смеси. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее сорока процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее пятидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее шестидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее семидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее восьмидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее девяноста процентов по объему.
[114] В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к способу получения подложки, содержащей проводящий слой, причем указанный способ включает: a) приведение в контакт по меньшей мере части по меньшей мере одной поверхности указанной подложки со смесью, содержащей: i) по меньшей мере один спиртовой растворитель; ii) по меньшей мере один кетоновый растворитель; iii) по меньшей мере один полярный виниловый полимер, в них сольватированный; и iv) анизотропные проводящие наночастицы, равномерно распределенные в указанной смеси; и b) обеспечение возможности испарения указанного спиртового растворителя и указанного кетонового растворителя из указанной смеси, благодаря чему на указанной подложке формируется прозрачный проводящий слой. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее сорока процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее пятидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее шестидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее семидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее восьмидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее девяноста процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления проводящий слой является прозрачным. В некоторых вариантах осуществления подложка является прозрачной.
[115] В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к композиции, сформированной при помощи: a) приведения в контакт по меньшей мере части по меньшей мере одной поверхности подложки со смесью, содержащей: i) по меньшей мере один спиртовой растворитель; ii) по меньшей мере один кетоновый растворитель; iii) по меньшей мере один полярный виниловый полимер, в них сольватированный; и iv) анизотропные проводящие наночастицы, равномерно распределенные в указанной смеси; и b) обеспечения возможности испарения указанного спиртового растворителя и указанного кетонового растворителя из указанной смеси, благодаря чему на указанной подложке формируется проводящий слой. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее сорока процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее пятидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее шестидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее семидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее восьмидесяти процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее девяноста процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления проводящий слой является прозрачным. В некоторых вариантах осуществления подложка является прозрачной.
[116] В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы представляют собой металлические нанопроволоки, металлические хлопья, металлические наносферы, металлические нанотрубки, углеродные нанотрубки, графен или их любую возможную комбинацию. В некоторых вариантах осуществления указанные металлические нанопроволоки, металлические хлопья, металлические наносферы и металлические нанотрубки содержат металл, выбранный из группы, состоящей из серебра, меди, никеля, золота, палладия, платины и их любой возможной комбинации. Анизотропные проводящие наночастицы могут представлять собой серебряные нанопроволоки.
[117] В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к композиции, содержащей подложку с нанесенной на нее жидкой смесью, благодаря чему формируется практически однородное покрытие по меньшей мере на части по меньшей мере одной поверхности указанной подложки, при этом указанная смесь содержит: i) по меньшей мере один спиртовой растворитель; ii) по меньшей мере один кетоновый растворитель; iii) по меньшей мере один полярный виниловый полимер, в них сольватированный; и iv) анизотропные проводящие наночастицы, равномерно распределенные в указанной смеси. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в указанной смеси составляет не менее сорока процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления покрытие является прозрачным. В некоторых вариантах осуществления подложка является прозрачной.
[118] В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к композиции, содержащей: a) подложку; и b) проводящий слой, отложенный по меньшей мере на части по меньшей мере одной поверхности указанной подложки; при этом указанный проводящий слой содержит: i) один полярный виниловый полимер; и ii) электро- и/или теплопроводящую сеть из анизотропных проводящих наночастиц, по меньшей мере частично инкапсулированных в указанном одном полярном виниловом полимере. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы представляют собой серебряные нанопроволоки. В некоторых вариантах осуществления проводящий слой является прозрачным. В некоторых вариантах осуществления подложка является прозрачной.
[119] В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к смеси, содержащей: a) по меньшей мере один спиртовой растворитель; b) воду; c) по меньшей мере один водорастворимый полимер, в них сольватированный; и d) анизотропные проводящие наночастицы, равномерно распределенные в указанной смеси. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не менее тридцати процентов по объему. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не более пятидесяти процентов по объему.
[120] В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к способу получения подложки, содержащей проводящий слой, причем указанный способ включает: a) приведение в контакт по меньшей мере части по меньшей мере одной поверхности указанной подложки со смесью, содержащей: i) по меньшей мере один спиртовой растворитель; ii) воду; iii) по меньшей мере один водорастворимый полимер, в них сольватированный; и iv) анизотропные проводящие наночастицы равномерно распределенные в указанной смеси; и b) обеспечение возможности испарения указанного спиртового растворителя и воды из указанной смеси, благодаря чему на указанной подложке формируется проводящий слой. В некоторых вариантах осуществления проводящий слой является прозрачным. В некоторых вариантах осуществления подложка является прозрачной. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не более тридцати процентов по объему.
[121] В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к композиции, сформированной при помощи: a) приведения в контакт по меньшей мере части по меньшей мере одной поверхности подложки со смесью, содержащей: i) по меньшей мере один спиртовой растворитель; ii) воду; iii) по меньшей мере один водорастворимый полимер, в них сольватированный; и iv) анизотропные проводящие наночастицы, равномерно распределенные в указанной смеси; и b) обеспечения возможности испарения указанного спиртового растворителя и воды из указанной смеси, благодаря чему на указанной подложке формируется проводящий слой. В некоторых вариантах осуществления проводящий слой является прозрачным. В некоторых вариантах осуществления подложка является прозрачной. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в смеси составляет не более пятидесяти процентов по объему.
[122] В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы представляют собой металлические нанопроволоки, металлические хлопья, металлические наносферы, металлические нанотрубки, углеродные нанотрубки, графен или их любую возможную комбинацию. В некоторых вариантах осуществления указанные металлические нанопроволоки, металлические хлопья, металлические наносферы и металлические нанотрубки содержат металл, выбранный из группы, состоящей из серебра, меди, никеля, золота, палладия, платины и их любой возможной комбинации. Анизотропные проводящие наночастицы могут представлять собой серебряные нанопроволоки.
[123] В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к композиции, содержащей подложку с нанесенной на нее жидкой смесью, благодаря чему формируется практически однородное покрытие по меньшей мере на части по меньшей мере одной поверхности указанной подложки, при этом указанная смесь содержит: i) по меньшей мере один спиртовой растворитель; ii) воду; iii) по меньшей мере один водорастворимый полимер, в них сольватированный; и iv) анизотропные проводящие наночастицы, равномерно распределенные в указанной смеси. В некоторых вариантах осуществления спиртовой растворитель в указанной смеси составляет не более пятидесяти процентов по объему.
[124] В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к композиции, содержащей: a) подложку; и b) проводящий слой, отложенный по меньшей мере на части по меньшей мере одной поверхности указанной подложки; при этом указанный проводящий слой содержит: i) водорастворимый полимер; и ii) электро- и/или теплопроводящую сеть из анизотропных проводящих наночастиц, по меньшей мере частично инкапсулированных в указанном одном водорастворимом полимере. В некоторых вариантах осуществления проводящий слой является прозрачным. В некоторых вариантах осуществления подложка является прозрачной. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы представляют собой серебряные нанопроволоки.
[125] В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к смеси, содержащей: a) по меньшей мере один алифатический или ароматический растворитель; b) по меньшей мере один неполярный виниловый полимер, в нем сольватированный; c) по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество и d) анизотропные проводящие наночастицы, равномерно распределенные в указанной смеси.
[126] В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к способу получения подложки, содержащей проводящий слой, причем указанный способ включает: a) приведение в контакт по меньшей мере части по меньшей мере одной поверхности указанной подложки со смесью, содержащей: i) по меньшей мере один алифатический или ароматический растворитель; ii) по меньшей мере один неполярный виниловый полимер, в нем сольватированный; iii) по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество и iv) анизотропные проводящие наночастицы, равномерно распределенные в указанной смеси; и b) обеспечение возможности испарения указанного алифатического или ароматического растворителя из указанной смеси, благодаря чему на указанной подложке формируется проводящий слой. В некоторых вариантах осуществления проводящий слой является прозрачным. В некоторых вариантах осуществления подложка является прозрачной.
[127] В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к композиции, сформированной при помощи: a) приведения в контакт по меньшей мере части по меньшей мере одной поверхности подложки со смесью, содержащей: i) по меньшей мере один алифатический или ароматический растворитель; ii) по меньшей мере один неполярный виниловый полимер, в нем сольватированный; iii) по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество и iv) анизотропные проводящие наночастицы, равномерно распределенные в указанной смеси; и b) обеспечения возможности испарения указанного алифатического или ароматического растворителя из указанной смеси, благодаря чему на указанной подложке формируется проводящий слой. В некоторых вариантах осуществления проводящий слой является прозрачным. В некоторых вариантах осуществления подложка является прозрачной.
[128] В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы представляют собой металлические нанопроволоки, металлические хлопья, металлические наносферы, металлические нанотрубки, углеродные нанотрубки, графен или их любую возможную комбинацию. В некоторых вариантах осуществления указанные металлические нанопроволоки, металлические хлопья, металлические наносферы и металлические нанотрубки содержат металл, выбранный из группы, состоящей из серебра, меди, никеля, золота, палладия, платины и их любой возможной комбинации. Анизотропные проводящие наночастицы могут представлять собой серебряные нанопроволоки.
[129] В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к композиции, содержащей подложку с нанесенной на нее жидкой смесью, благодаря чему формируется практически однородное покрытие по меньшей мере на части по меньшей мере одной поверхности указанной подложки, при этом указанная смесь содержит: i) по меньшей мере один алифатический или ароматический растворитель; ii) по меньшей мере один неполярный виниловый полимер, в нем сольватированный; iii) по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество и iv) анизотропные проводящие наночастицы, равномерно распределенные в указанной смеси. В некоторых вариантах осуществления покрытие является прозрачным. В некоторых вариантах осуществления подложка является прозрачной.
[130] В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к композиции, содержащей: a) подложку; и b) проводящий слой, отложенный по меньшей мере на части по меньшей мере одной поверхности указанной подложки; при этом указанный проводящий слой содержит: i) один неполярный виниловый полимер; и ii) электро- и/или теплопроводящую сеть из анизотропных проводящих наночастиц, по меньшей мере частично инкапсулированных в указанный один неполярный виниловый полимер. В некоторых вариантах осуществления проводящий слой является прозрачным. В некоторых вариантах осуществления подложка является прозрачной. В некоторых вариантах осуществления анизотропные проводящие наночастицы представляют собой серебряные нанопроволоки.
6. Примеры
[131] Аспекты настоящего раскрытия можно дополнительно понять в свете следующих примеров, которые не следует считать каким-либо образом ограничивающими объем настоящего раскрытия.
Пример 1.
[132] В случае этого примера подложка представляла собой стекло. Смеси, содержащие связующее (не содержащий полимера контроль, сложный эфир целлюлозы и этилцеллюлоза), серебряные нанопроволоки и растворитель, включающий спирт и метилацетат, наносили на подложку.
[133] Для каждого образца измеряли проводимость и прозрачность. Данные, показанные в таблице I, демонстрируют, что требуются выборочные смеси растворителей для получения прозрачной проводящей пленки с серебряными нанопроволоками, обладающей высокими эксплуатационными характеристиками. Серебряные нанопроволоки получали в Seashell Technology, а связующие и растворители, приобретали у Sigma-Aldrich или Dow Chemical.
Пример 2.
[134] В случае этого эксперимента сравнивали свойства смеси серебряных нанопроволок в различных растворителях. В частности, проверяли подверженность к агрегации серебряных нанопроволок.
[135] Серебряные нанопроволоки разбавляли из исходной суспензии в 100% изопропиловом спирте до конечной концентрации 0,1 весового процента в различных типах органических растворителей, приведенных в таблице II. Эти органические растворители содержали 0,5 весового процента Ethocel Standard 10 (этилцеллюлоза ЕС10). Вследствие этого, конечные смеси, представляющие каждый образец, содержали серебряные нанопроволоки, спирт, ЕС10 и растворитель. Образцам давали отстояться в течение 5 минут и переносили на предметное стекло. Для получения изображений распределения нанопроволок в каждом растворителе использовали темнопольную световую микроскопию. Стекла обследовали при помощи микроскопии и для каждого образца оценивали количество агрегатов нанопроволок (определяемых как сильно рассеивающие свет пучки из нескольких нанопроволок), и зарегистрированные данные показаны в таблице II. Уровень агрегации определяли следующим образом: различимые агрегаты отсутствуют (0), 1-4 агрегата на поле зрения (1) или более 4 агрегатов на поле зрения (2). Нанопроволоки, изначально распределенные в 100% IPA, были монодисперсными и не демонстрировали признаков агрегации. Системы растворителей, используемые в образцах 2 и 3, представляли собой описываемые в литературных источниках, касающихся получения прозрачных проводников, где связующим был сложный эфир целлюлозы (т.е. документах US 2011/0232945, WO 2011/115603, WO 2011/008226). Процентные доли растворителей основаны на объемных процентах. Условия, используемые в образцах 4 и 10, выбирали так, чтобы представить обычные системы растворителей с различными соотношениями спиртового и неспиртового растворителя.
[136] Данные, показанные в таблице II, позволяют предположить, что серебряные нанопроволоки имеют тенденцию к формированию агрегатов во всех смесях, за исключением образцов 1 и 6, в которых растворителями являются изопропиловый спирт или метанол и метилацетат.
Пример 3.
[137] В случае этого примера образцы получали фактически как описано в примере 2 за исключением того, что в случае этого примера в качестве растворителей для получения смеси использовали только изопропиловый спирт (IPA) и метилацетат. В частности, получали ряд смесей, в которых процент по объему метилацетата и IPA варьировал с изменениями 10 процентов по объему. Чернила выливали с образованием пленок, и пленки обследовали визуально на присутствие агрегатов серебряных нанопроволок. Для каждого образца измеряли поверхностное сопротивление и агрегацию серебряных нанопроволок, и результаты показаны в таблице III.
[138] Что касается таблицы III, совершенно очевидно, что агрегация не наблюдается в смесях, которые содержат до 30% метилацетата по объему (70% IPA). Подобным образом, пленки (проводящие слои), полученные посредством нанесения этих смесей на стеклянную подложку, проявляют очень хорошую электрическую проводимость. Хотя некоторую минимальную агрегацию серебряных нанопроволок наблюдали в случае смесей, которые содержали 50 объемных процентов метилацетата и 60 объемных процентов метилацетата, полученные пленки все еще проявляли довольно хорошую электрическую проводимость. Если концентрацию метилацетата повышали до 70 процентов по объему или выше, полученный проводящий слой проявлял очень небольшую электрическую проводимость или она отсутствовала. Следовательно, наилучшие прозрачные проводящие слои (минимальное число агрегатов нанопроволок с низким поверхностным сопротивлением) формировались, если объемный процент IPA составлял 40% или больше.
Пример 4.
[139] В случае этого примера подложка представляла собой предметное стекло для микроскопа. Смеси, содержащие связующее (этилцеллюлозу, сложный эфир целлюлозы, метилцеллюлозу, поливинилбутираль, поливинилпирролидон, полистирол, полиметилметакрилат), серебряные нанопроволоки и различные комбинации растворителей, которые показаны в таблице IV, наносили на подложку. Проводимость и прозрачность измеряли для образцов, в которых система растворителей полностью и гомогенно сольватировала связующее. Данные в таблице IV демонстрируют, что требуются выбранные смеси растворителей для получения прозрачной проводящей пленки, обладающей высокими эксплуатационными характеристиками. Серебряные нанопроволоки получали в Seashell Technology, а связующие и растворители, приобретали у Sigma-Aldrich или Dow Chemical.
7. Справочная литература
[140] Патент США №7062848, Pan et al.
[141] Патент США №7097788, Kilkor et al.
[142] Патент США №7727578, Guiheen et al.
[143] Документ WO 2007/022226, Alden et al.
[144] Документ US 2008/0292979, Ding et al.
[145] Документ US 2009/0283304, Winoto, Adrian
[146] Документ US 2009/0223703, Winoto, Adrian
[147] Документ WO 2011/008229, Zhou, Chaofeng
[148] Хотя настоящее раскрытие описано в связи с различными вариантами осуществления, не подразумевается, что настоящее раскрытие ограничивается такими вариантами осуществления. Напротив, настоящее раскрытие охватывает различные альтернативы, модификации и эквиваленты, как будет понятно специалистам в данной области.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ПРОВОДЯЩАЯ КОМПОЗИТНАЯ СТРУКТУРА ИЛИ ЛАМИНАТ | 2012 |
|
RU2621760C2 |
| ОКОННЫЕ ПЛЕНКИ С НИЗКИМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ИЗЛУЧЕНИЯ И ЭКРАНИРУЮЩИЕ ЭМП | 2011 |
|
RU2559444C2 |
| ГИБРИДНЫЕ НАНОКОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ | 2007 |
|
RU2462793C2 |
| СПОСОБ СОЗДАНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ СЕТЧАТЫХ ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНЫХ И ОПТИЧЕСКИ НЕПРОЗРАЧНЫХ СТРУКТУР | 2016 |
|
RU2667341C2 |
| ФЕНОЛЬНАЯ ДОБАВКА ДЛЯ КОМПОЗИЦИИ ЭЛЕКТРООСАЖДАЕМОГО ПОКРЫТИЯ, СОДЕРЖАЩЕЙ ЦИКЛИЧЕСКИЙ ГУАНИДИН | 2014 |
|
RU2628379C2 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОВОДЯЩИХ СЕТЧАТЫХ МИКРО- И НАНОСТРУКТУР И СТРУКТУРА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ | 2013 |
|
RU2593463C2 |
| СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ЭЛЕКТРООСАЖДАЕМОЙ КОМПОЗИЦИИ ПОКРЫТИЯ НА ПОДЛОЖКУ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕСКОЛЬКИХ ПОТОКОВ ЖИДКОСТИ | 2011 |
|
RU2542951C2 |
| СЕТЧАТАЯ МИКРО- И НАНОСТРУКТУРА, В ЧАСТНОСТИ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНЫХ ПРОВОДЯЩИХ ПОКРЫТИЙ, И СПОСОБ ЕЁ ПОЛУЧЕНИЯ | 2013 |
|
RU2574249C2 |
| НОВЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ С ПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЕЙ | 2020 |
|
RU2822818C2 |
| СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ | 2014 |
|
RU2628980C2 |
Изобретение относится к смесям и способам, которые можно применять для получения материалов, содержащих электро- и/или теплопроводящее покрытие, а также к композициям, которые представляют собой материалы, обладающие электро- и/или теплопроводящим покрытием. Смеси и способы можно применять для изготовления прозрачных проводящих пленок и других прозрачных проводящих материалов. Смесь для приготовления проводящего слоя содержит a) по меньшей мере один спиртовой растворитель; b) по меньшей мере один сложноэфирный растворитель; c) по меньшей мере один простой эфир целлюлозы, в них сольватированный; и d) металлические нанопроволоки, равномерно диспергированные в указанной смеси, причем указанный по меньшей мере один спиртовой растворитель составляет 60% или более по объему указанной смеси, причем указанный по меньшей мере один сложноэфирный растворитель составляет не более 30% по объему указанной смеси, причем указанный спиртовой растворитель выбран из группы, состоящей из метилового спирта, изопропилового спирта и их смесей, и указанный сложноэфирный растворитель выбран из группы, состоящей из метилацетата, этилацетата, бутилацетата и изопропилацетата. 4 н. и 33 з.п. ф-лы, 4 табл.
1. Смесь для приготовления проводящего слоя, содержащая:
a) по меньшей мере один спиртовой растворитель;
b) по меньшей мере один сложноэфирный растворитель;
c) по меньшей мере один простой эфир целлюлозы, в них сольватированный, и
d) металлические нанопроволоки, равномерно диспергированные в указанной смеси,
причем указанный по меньшей мере один спиртовой растворитель составляет 60% или более по объему указанной смеси,
причем указанный по меньшей мере один сложноэфирный растворитель составляет не более 30% по объему указанной смеси,
причем указанный спиртовой растворитель выбран из группы, состоящей из метилового спирта, изопропилового спирта и их смесей, и
указанный сложноэфирный растворитель выбран из группы, состоящей из метилацетата, этилацетата, бутилацетата и изопропилацетата.
2. Смесь по п. 1, дополнительно содержащая по меньшей мере один проводящий полимер.
3. Смесь по п. 1, отличающаяся тем, что содержание металлических нанопроволок, диспергированных в ней, меньше или равно 0,25%, 0,5%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18% или 19% объема указанной смеси.
4. Смесь по п. 1, отличающаяся тем, что указанные металлические нанопроволоки содержат металл, выбранный из группы, состоящей из серебра, меди, никеля, золота, палладия, платины и их любой возможной комбинации.
5. Смесь по п. 1, отличающаяся тем, что соотношение веса указанных металлических нанопроволок к указанному простому эфиру целлюлозы находится в диапазоне от приблизительно одной части (по весу) металлических нанопроволок к десяти тысячам частей (по весу) простого эфира целлюлозы до приблизительно девяноста пяти частей (по весу) металлических нанопроволок к одной части (по весу) простого эфира целлюлозы.
6. Смесь по п. 1, отличающаяся тем, что металлические нанопроволоки являются электро- и/или теплопроводящими.
7. Смесь по п. 1, отличающаяся тем, что указанные металлические нанопроволоки указанной смеси дополнительно содержат покрытие из непроводящих связующего, смолы или добавки, которое, если оно присутствует, ингибирует проводимость между металлическими нанопроволоками.
8. Смесь по одному из пп. 1-7, отличающаяся тем, что указанная смесь дополнительно содержит непроводящие связующее, смолу или добавку, которые, если они присутствуют, способны ингибировать проводимость между металлическими нанопроволоками.
9. Способ получения подложки, включающей проводящий слой, включающий:
а) приведение в контакт по меньшей мере части по меньшей мере одной поверхности подложки со смесью, содержащей:
i) по меньшей мере один спиртовой растворитель;
ii) по меньшей мере один сложноэфирный растворитель;
iii) по меньшей мере один простой эфир целлюлозы, в них сольватированный, и
iv) металлические нанопроволоки, равномерно диспергированные в указанной смеси,
причем указанный по меньшей мере один спиртовой растворитель составляет 60% или более по объему указанной смеси,
причем указанный по меньшей мере один сложноэфирный растворитель составляет не более 30% по объему указанной смеси,
причем указанный спиртовой растворитель выбран из группы, состоящей из метилового спирта, изопропилового спирта и их смесей, и
указанный сложноэфирный растворитель выбран из группы, состоящей из метилацетата, этилацетата, бутилацетата и изопропилацетата, и
b) обеспечение возможности испарения указанного спиртового растворителя и указанного сложноэфирного растворителя, причем на указанной подложке формируется проводящий слой.
10. Способ по п. 9, дополнительно включающий по меньшей мере один проводящий полимер.
11. Способ по п. 9, отличающийся тем, что содержание металлических нанопроволок, диспергированных там, меньше или равно 0,25%, 0,5%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18% или 19% объема смеси.
12. Способ по п. 9, отличающийся тем, что указанные металлические нанопроволоки содержат металл, выбранный из группы, состоящей из серебра, меди, никеля, золота, палладия, платины и их любой возможной комбинации.
13. Способ по п. 9, отличающийся тем, что соотношение веса указанных металлических нанопроволок к указанному простому эфиру целлюлозы находится в диапазоне от приблизительно одной части (по весу) металлических нанопроволок к десяти тысячам частей (по весу) простого эфира целлюлозы до приблизительно девяноста пяти частей (по весу) металлических нанопроволок к одной части (по весу) простого эфира целлюлозы.
14. Способ по п. 9, отличающийся тем, что металлические нанопроволоки являются электро- и/или теплопроводящими.
15. Способ по п. 9, отличающийся тем, что указанные металлические нанопроволоки указанной смеси содержат покрытие из непроводящих связующего, смолы или добавки, которое, если оно присутствует, ингибирует проводимость между металлическими нанопроволоками.
16. Способ по п. 9, отличающийся тем, что указанная смесь дополнительно содержит непроводящие связующее, смолу или добавку, которые, если они присутствуют, способны ингибировать проводимость между металлическими нанопроволоками.
17. Способ по одному из пп. 9-16, отличающийся тем, что подложка является прозрачной.
18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что испарение указанного спиртового ратворителя и указанного сложноэфирного растворителя формирует прозрачный проводящий слой на указанной подложке.
19. Материал, сформированный посредством
а) приведения в контакт по меньшей мере части по меньшей мере одной поверхности подложки со смесью, содержащей:
i) по меньшей мере один спиртовой растворитель;
ii) по меньшей мере один сложноэфирный растворитель;
iii) по меньшей мере один простой эфир целлюлозы, в них сольватированный, и
iv) металлические нанопроволоки, равномерно диспергированные в указанной смеси,
причем указанный по меньшей мере один спиртовой растворитель составляет 60% или более по объему указанной смеси,
причем указанный по меньшей мере один сложноэфирный растворитель составляет не более 30% по объему указанной смеси,
причем указанный спиртовой растворитель выбран из группы, состоящей из метилового спирта, изопропилового спирта и их смесей, и
указанный сложноэфирный растворитель выбран из группы, состоящей из метилацетата, этилацетата, бутилацетата и изопропилацетата, и
b) обеспечения возможности испарения указанного спиртового растворителя и указанного сложноэфирного растворителя, причем на указанной подложке формируется проводящий слой.
20. Материал по п. 19, дополниьтельно содержащий по меньшей мере один проводящий полимер.
21. Материал по п. 19, отличающийся тем, что указанные металлические нанопроволоки содержат металл, выбранный из группы, состоящей из серебра, меди, никеля, золота, палладия, платины и их любой возможной комбинации.
22. Материал по п. 19, отличающийся тем, что соотношение веса указанных металлических нанопроволок к указанному простому эфиру целлюлозы в указанном проводящем слое находится в диапозоне от приблизительно одной части (по весу) металлических нанопроволок к десяти тысячам частей (по весу) простого эфира целлюлозы до приблизительно девяноста пяти частей (по весу) металлических нанопроволок к одной части (по весу) простого эфира целлюлозы.
23. Материал по п. 19, отличающийся тем, что металлические нанопроволоки являются электро- и/или теплопроводящими.
24. Материал по п. 19, отличающийся тем, что указанные металлические нанопроволоки указанной смеси содержат покрытие из непроводящих связующего, смолы или добавки, которое, если оно присутствует, ингибирует проводимость между металлическими нанопроволоками.
25. Материал по п. 19, отличающийся тем, что указанная смесь дополнительно содержит непроводящие связующее, смолу или добавку, которые, если они присутствуют, способны ингибировать проводимость между металлическими нанопроволоками.
26. Материал по одному из пп. 19-25, отличающийся тем, что подложка является прозрачной.
27. Материал по п. 26, отличающийся тем, что испарение указанного спиртового растворителя и указанного сложноэфирного растворителя формирует прозрачный проводящий слой на указанной прозрачной подложке.
28. Подложка с нанесенной на нее жидкой смесью, благодаря чему формируется практически однородное покрытие по меньшей мере на части по меньшей мере одной поверхности указанной подложки, отличающаяся тем, что указанная жидкая смесь содержит:
a) по меньшей мере один спиртовой растворитель;
b) по меньшей мере один сложноэфирный растворитель;
c) по меньшей мере один простой эфир целлюлозы, в них сольватированный, и
d) металлические нанопроволоки, равномерно диспергированные в указанной смеси,
причем указанный по меньшей мере один спиртовой растворитель составляет 60% или более по объему указанной смеси,
причем указанный по меньшей мере один сложноэфирный растворитель составляет не более 30% по объему указанной смеси,
причем указанный спиртовой растворитель выбран из группы, состоящей из метилового спирта, изопропилового спирта и их смесей, и
указанный сложноэфирный растворитель выбран из группы, состоящей из метилацетата, этилацетата, бутилацетата и изопропилацетата.
29. Подложка с нанесенной на нее жидкой смесью по п. 28, отличающаяся тем, что металлические нанопроволоки являются электро- и/или теплопроводящими.
30. Подложка с нанесенной на нее жидкой смесью по п. 28, отличающаяся тем, что металлические нанопроволоки представляют собой серебряные нанопроволоки.
31. Подложка с нанесенной на нее жидкой смесью по п. 28, отличающаяся тем, что указанные металлические нанопроволоки указанной смеси дополнительно содержат покрытие из непроводящих связующего, смолы или добавки, которое, если оно присутствует, ингибирует проводимость между металлическими нанопроволоками.
32. Подложка с нанесенной на нее жидкой смесью по п. 28, отличающаяся тем, что указанная смесь дополнительно содержит непроводящие связующее, смолу или добавку, которые, если они присутствуют, способны ингибировать проводимость между металлическими нанопроволоками.
33. Подложка с нанесенной на нее жидкой смесью по одному из пп. 28-32, отличающаяся тем, что подложка является прозрачной.
34. Подложка с нанесенной на нее жидкой смесью по п. 33, отличающаяся тем, что металлические нанопроволоки представляют собой серебряные нанопроволоки.
35. Подложка с нанесенной на нее жидкой смесью по п. 34, отличающаяся тем, что подложка является прозрачной.
36. Подложка с нанесенной на нее жидкой смесью по п. 34, отличающаяся тем, что проводящий слой является прозрачным.
37. Подложка с нанесенной на нее жидкой смесью по п. 34, отличающаяся тем, что указанная подложка с нанесенной на нее жидкой смесью является прозрачной.
| US 2011062389 A1, 17.03.2011 | |||
| Печь-кухня, могущая работать, как самостоятельно, так и в комбинации с разного рода нагревательными приборами | 1921 |
|
SU10A1 |
| Колосоуборка | 1923 |
|
SU2009A1 |
| Печь-кухня, могущая работать, как самостоятельно, так и в комбинации с разного рода нагревательными приборами | 1921 |
|
SU10A1 |
| Печь-кухня, могущая работать, как самостоятельно, так и в комбинации с разного рода нагревательными приборами | 1921 |
|
SU10A1 |
| RU 2009118342 A, 20.11.2010. | |||
