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银纳米线在透明导电膜领域的 产品开发与应用 总体纲要 一 二 三 四 项目背景 纳米银线 市场分析 产品应用 第一部分 项目背景 项目背景—宏观环境 2012年2月22日，工业和信息化部组织制定了《新 材料产业“十二五”发展规划》。规划提出，到２ ０１５年我国新材料产业总产值达２万亿元，年均 增长率超过２５％。

《规划》提出的发展重点包括 特种金属功能材料、高端金属结构材料、先进高分 子材料、新型无机非金属材料、高性能复合材料和 前沿新材料这六大领域。

? 新型纳米材料与应用技术在这些新兴产业中将扮演 核心角色。 ? 项目背景—产业环境 ? ? ? 透明导电膜是在可见光范围内具有高透光率和导电特性的一 种薄膜。主要用于光电器件如液晶显示器的透明电极、电子 纸、触摸屏、薄膜太阳能电池的透明电极等。

在最近20年里，透明导电膜应用主要以ITO材料为主，而在 制程上依磁控溅镀工艺为主。

根据NanoMarket在2010年的预测，仅上面三四种应用对透 明导电膜的需求到2017年将达到5亿平方米，透明导电膜的 市场将由2010年的24亿美元增长到2017年的76亿美元，年 均复合增长率为17.9%，而整个透明导电膜的市场规模则远 超百亿美元规模。 各种透明导电膜比较 ITO导电膜的挑战 ? ? ? ? ? ITO透明导电膜仍是当前触控面板主要的应用材料，但其面临的挑战也 不少：

主要原料铟的蕴藏量日益减少、铟价持续走高导致原料成本偏高。

ITO透明导电膜利用平面磁控技术,在超薄玻璃上溅射氧化铟锡导电薄膜 镀层并经高温退火处理得到的高技术产品。工艺复杂需要专门设备，过 程耗时，生产效率低，生产过程浪费很多能源和原材料。

ITO易碎易断。金属氧化物膜在弯曲或受到其它物理应力时较脆弱且易 于损坏。可弯曲性最可能成为ITO最大的挑战，因为薄膜电子产品和光 伏产品制造在可弯曲基板上已经成为业界不可扭转的趋势。

ITO透明导电膜略带黄色色调，刚好是液晶显示器画质最忌讳的颜色。 项目背景—产业环境 第二部分 纳米银线 银纳米线制备方法 ? ? ? ? 银纳米线的化学合成法大体分为四类：模板法、电化学法、湿化学法和多元醇法。

模板法需要预制模扳，孔道的质量和数量决定了得到的纳米利料的质量和数量， 而且随后的移除模板的技术比较繁琐，同时易损伤纳米材料，得到的纳米材判也 容易团聚在一起。电化学法污染环境，效率低。所以现在大量合成银纳米线的方 法是湿化学法和多元醇法。

湿化学法是许多不同的化学方法的总称，其共同的特点在于反应体系为液相(多 为水相)，采用有机物或无机离子作为稳定剂或诱导剂，通常还存在还原剂，其 关键过程在于还原反应初期，稳定剂就已经存在在体系中，对生长中的金属簇起 到限制阻碍作用。

多元醇法：某种意义上，多元醇法也是湿化学法的一种，但由于其在制备 金属纳米材料中独具优势，在目前已知的方法中，其得到的金属纳米材 料的形貌最为丰富，而且还可以广泛适用于不同的金属，故引起各地研 究人员的极大兴趣。此方法生产银纳米线最大优点在于：效率高、产率 高（40nm-70%；120nm-90%）和高重复率（95%以上）。 银纳米线的形成机理 ? ? ? ? ? 银纳米线目前形状可控制各的机理仍然处在研究阶段，一般认为纳米晶 体的形貌通常可以通过控制成核和生长速度之间的平衡来调节，也可以 从纳米晶体的动力学和热力学的稳定性等方面得到解释。

制备纳米方体来说较趋向动力学控制生长机理，较高的硝酸银的浓度和 较低的PvP和硝酸银的摩尔比可以得到较快的成核和生长速度，有利于 得到单晶八面体品种，同时减少了得到双晶十面体品种的几率。

而制各纳米线的机理可能是热力学控制的机理，此时硝酸银的浓度要降 低，保持PvP与银的比例不变，由于浓度的降低，成核的速度也降低， 而且趋向于得到热力学最稳定的结构，这样就得到双晶十面体晶种。

银晶体不同晶面的表面能不同：（γ{110}>γ{100}>γ{111}） 银纳米线形成的本质：PVP对各晶面选择性吸附的结果。PVP为高分子 诱导剂， PVP通过侧链吡咯烷酮基团上的C＝O上的氧原子跟银晶体表 面发生Ag－O配位键而发生吸附， 由于银晶体不同晶面的表面能不同， 就会发生选择性的吸附。这种选择性的吸附就导致了晶体生长速度的不 同，使得晶体能够各向异性生长成一维线状结构。 ? ? ? ? 晶体的生长离不开晶种，对于银纳米材料来说：

单晶晶种易于得到单晶的产物，如果是单晶削尖八面体品种(具有八个 (111)晶面和六个(100)晶面)，那么最后生长得到的多为纳米方体。

双晶晶种则易于得到双晶结构产物，如双晶十面体晶种(具有十个(111) 晶面)就会得到纳米线／棒结构。

多晶晶种(类似球形)就会得到没有规则形状的多面纳米粒子 。 银纳米线生长机理 ? ? 制备银纳米线的机理可能是热力 学控制的机理，此时硝酸银的浓 度要降低，保持PvP与银的比例 不变，由于浓度的降低，成核的 速度也降低，而且趋向于得到热 力学最稳定的结构，这样就得到 双晶十面体晶种。

最初的生长在(111)晶面上，出现 了(100)晶面，得到五边形的纳米 棒结构；但由于(100)晶面的高表 面活性受到PvP包覆而钝化，晶 体的生长活性点仍然是(111)晶面 上，继续生长就得到了纳米线。 40nm 15μm 90nm 30μm 卷对卷印刷 ? ? ? 卷对卷（roll to roll）， 简称R2R，一种高效能、 低成本的连续生产方式。

处理的对象是一种具有可 挠曲性质的薄膜。

R2R印刷工艺是生产柔性 透明导电膜最重要的生产 工艺。

特点：就像印报纸般的简单， 能符合大尺寸、轻量化、节 省成本的目标。 涂有银纳米线的薄膜 银纳米线透明导电膜（Cambrios） ? ? ? 总部设计在美国硅谷的Cambrios，银纳米线领域全球领军企业。Cambrios集结 来自MIT与加州大学的科学家，坚持开发了十年，发展出银纳米线薄膜（film） 和银纳米线墨水（Ink）方案，称为ClearOhm。ClearOhm涂料技术在2011年进 行正式商品化。已经开始被采用在了三星、LG和华为的商用机上 。

目前已有氧化锌(ZnO)、ITO奈米粒子、导电性高分子PEDOT、金属银奈米线、 奈米碳管薄膜(CNT-based Thin Films)与氟掺杂氧化锡(LFTO)正逐渐被许多研究 机构与厂商开发出来。而各种新型透明导电膜材料的特性亦各有千秋，其中 Cambrios采用电阻特性较佳的金属银奈米线技术作为ITO的替代材料。

Cambrios利用奈米银线所制成的新产品--ClearOhm不但导电性比ITO更佳（银 的导电性比铟高100倍），最重要的是新替代材料在价格上更具竞争力。尽管 ClearOhm使用的银与ITO所用的铟矿，在原料价格上相去不远，但在制造透明 导电膜阶段时，加入银原料的量却只有透明导电膜成分中的百分之一，相较于须 要用到大量原料制成的ITO透明导电膜，银纳米线所制成的透明导电膜在生产成 本上自然更具优势。同样一平方米薄膜，ITO法制膜成本在400元左右，印刷银 纳米线浆料法制膜成本只有100～200元，低于ITO薄膜制造成本50%以上。 几种透明导电膜参数比较 各透明导电膜参数比较 ? ? ? 银纳米线一：日本信越聚合物开发出了使用银纳米线的透明导电薄膜 银纳米线二：美国C3Nano用济南美高银纳米线制作的透明导电膜 银纳米线三：苏州冷石提供银纳米线油墨制作的透明导电膜 弯折实验 ? ? 左图：银线透明导电薄膜和ITO 薄膜的弯折100次后的方阻比较。

另一实验：采用500g的金属体 （20mm*20mm）进行摩擦实验 （20次），发现ITO薄膜出现明 显伤痕，而银线透明导电薄膜几 乎不变。 第三部分 市场分析 国内竞争对手分析（银纳米线） ? ? ? 目前国内纳米银纳米线主要有以下几家供应商：浙江科创、 济南美高、苏州冷石、南京苏展、江苏纳为等。

生产商均规模较小，除美高外，还没有形成品牌效应； 产品开发能力有限，产品单一；市场发展较快，响应速度较 慢。 国外竞争对手分析（银纳米线） ? ? ? ? 国外银纳米线主要有以下几家供应商：

Cambrios、Seashell、 Carestream、 Nanotrons等。

产品质量较好，具有一定的品牌影响力；进入行业较早，产 业化及市场推广经验较为丰富； Cambrios注重应用研究， 目前已具备整体解决方案的提供能力。

Cambrios研究最早，实力最强，全球知名度最高。

2011年就已经开始商业化。

Cambrios和Seashell不对客户提供银纳米线和墨水服务而是 直接出售成品膜。 银纳米线目标客户 ? ? ? ? 日韩客户：日东电工、东丽、SONY、LG、SAMSUNG等 欧美客户：Carestream、Bayer、3M等 台湾客户：TPK、胜华、奇美等 大陆客户：欧菲光、苏大维格、万顺、宇顺电子、莱宝、南 玻伟光等 国内的欧菲光、苏大维格、京东方和乐凯；国外的索尼、三 星、C3Nano和LG都在购买银纳米线研制透明导电膜，这些 是最重要的目标客户。 ? 第四部分 产品应用 产品应用相关信息 纳米银线透明导电膜应用 显示器领域 ? ? ? ? ? 在SID 2013的主题演讲中，三星显示器总裁兼首席执行官Kinam Kim提到了柔性 有机EL显示器（AMOLED）。Kim说，改变人类生活的第一代显示器是CRT， 第二代液晶显示器，而第三代将是柔性有机EL显示器。

从传统的CRT显示器、电视机发展到目前主流的液晶产品，现在的显示器、电视 机正在变得越来越轻、越来越薄。然而科技是不断进步的，人们的追求永无止境， 随着技术的发展，显示屏将变薄变软，不仅能折叠、可卷曲，甚至还能戴在手腕 上，穿在身上，这无疑将给人们的生活带来方便。

三星，LG，索尼，夏普等国际品牌都开始大力发展OLED，OLED取代LED和 LCD是大势所趋。当初液晶取代显像管技术大约从02-09年，用了七年时间，而 这一轮技术和产品的革新，替代周期会更短，很可能用不了五年。

AMOLED最大优点就是可以做的非常薄，并且可实现柔性化和透明化，从而能 实现可穿戴显示器以及将汽车仪表板作为显示器的新型显示器 。

今年中国大陆已建成和正在建设的AMOLED面板生产线就已经有了7条，其中四 条是4.5G线，3条是5.5G线，总投资规模达到85亿美元。大多数生产线将2015 年全面竣工量产。 显示器领域应用实例 可以折叠显示的AMOLED显示屏 2012年NanoLumens介绍了首个 NanoFlex 112英 寸的超大可弯曲屏幕。 2010年 三星的4.5 英寸柔性Amoled 显示屏 LG宣布它将在2013年年底出货柔性显示屏 触摸屏领域 ? ? ? ? 2012年10月26日，微软正式推出Win8系统，称触控革命将开始，随着 系统的普及，触摸屏对非触摸显示屏替代将加快。

触摸屏市场规模，2014年将达到200亿美元，从应用上看，主要是手机 和平板，手机是触控面板最大应用市场，但平板将成为增长最快的应用 领域（IDC预计，2013年全球平板电脑出货了2.29亿台，超过PC的2.01 亿台）。Win8的推出，更能提升触控产业产值和产品的出货量。

现阶段在触控面板中已被广泛应用的ITO导电膜材料，价格已难再有下 降空间，有鉴于此，具更高成本竞争力的银纳米线正在中大尺寸触控面 板市场异军突起，与ITO角逐中大尺寸触控屏幕导电膜材料市场的主流 宝座。

预估2013下半年，采用纳米银线薄膜材料的G/F/F式触控面板即可导入 量产，初期将先应用于智能手机之触控面板，预计至2014年，将可望应 用于一体机。 触控面板市场分析 ? ? 左图是2008-2012年中国触控面 板出货量及增速(单位：百万片， %) 对于触摸屏行业未来的发展趋势， 前瞻产业研究院分析认为：2013 年，触摸屏行业仍将保持较快增 速，超级本以及非苹果智能机市 场是2013年触控市场最大亮点。

超级本市场需求爆发是2013年触 摸屏市场需求增长的主要因素。

Win8推动超级本市场繁荣，更带 来触控屏大屏市场繁荣，加大了 超级本触控屏配置比例，前瞻产 业研究院预计2013年触控超级本 比例将在40%以上，而触控笔记 本的增长率将翻倍。 触摸屏领域应用实例 这是三星第一款配备柔性屏幕的手机 一款用Youm屏幕的Windows Phone手机 联想Yoga11S触控超极变形本 2013年CES上11.5英寸柔性Skiff Reader平板 电子纸领域 ? ? ? ? ? 电子纸，也叫数码纸。它是一种超薄、超轻的显示屏，即理解为“象纸 一样薄、柔软、可擦写的显示器”。

电子纸技术实际上是一类技术的统称，一般把可以实现象纸一样阅读舒 适、超薄轻便、可弯曲、超低耗电的显示技术叫做电子纸技术， 其显示 效果接近自然纸张效果，免于阅读疲劳。

目前，施乐、柯达、3M、E-Ink、东芝等国际著名公司都在涉足电子纸。

E-Ink开发的电子墨水，涂布或者印刷在柔性导电高分子透明塑料电极 上，构成原理型柔性电子纸显示器。

电子纸的下一个创新将是柔性屏幕。传统的液晶屏幕制造商往往采用一 种独立的、一次一块的制造工艺在刚性玻璃基板上制造屏幕，电子纸屏 幕则采用一种成本更低，技术成熟的“卷对卷”制造工艺，这种工艺可 以使电子纸屏幕可以印在众多材料表面上，包括玻璃、塑料、织物甚至 纸上。 电子纸领域应用实例 ? 三星A4尺寸柔性电子纸 ? 富士通首创的彩色电子纸 ? philips研究院的电子报纸 ? 索尼公司推出的E-Ink柔性显示屏产品 薄膜太阳能电池领域 ? ? ? ? ? 目前单晶硅和多晶硅等硅系太阳能电池的应用已经进入大规模发展阶段。

然而,硅系太阳能电池的成本主要消耗在价格昂贵的高纯硅材料上,其发展 受到了一定的限制。因此出现了新型非晶硅薄膜太阳能电池。

非晶硅薄膜太阳能电池具有材料潜在的低价格、加工容易、可大面积成 膜、分子及薄膜性质的可设计性、质轻、柔性等显著优点。

柔性基体非晶硅太阳能电池稳定效率已超过10%，已具备作为空间能源的 基本条件。

将纳米银线应用于导电层将收集的电流导出，与TCO半导体相比可以降 低能损。银纳米材料具有表面等离子体效应，可以在太阳能电池上利用 表面等离子体效应来提高太阳能电池的光电转换效率。

如果用粒径小于可见光的入射波长的纳米银线，可以使银线排列的非常 密集，该技术能增加太阳能电池的银电极的集流面积。且不阻挡光的透 过，同时还能利用光的衍射等特性，充分吸收太阳光能。 Thank you ！ 

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