亿迅智能制造网
工业4.0先进制造技术信息网站!
首页 | 制造技术 | 制造设备 | 工业物联网 | 工业材料 | 设备保养维修 | 工业编程 |
home  MfgRobots >> 亿迅智能制造网 >  >> Industrial materials >> 纳米材料

不同纵横比的银纳米线的简便合成并用作高性能柔性透明电极

摘要

银纳米线(Ag NW)是制造柔性透明电极的有前途的材料,旨在在下一代柔性电子产品中替代氧化铟锡(ITO)。在此,展示了一种可行的聚乙烯吡咯烷酮 (PVP) 介导的具有不同纵横比的 Ag NWs 的多元醇合成,并在没有高温热烧结的情况下制造了高质量的 Ag NWs 透明电极 (NTE)。当采用不同平均分子量的 PVP 混合物作为封端剂时,可以定制 Ag NWs 的直径,并且具有不同长宽比的 Ag NWs 从大约30 到大约获得1000个。使用这些合成的 Ag NWs,通过重复旋涂制造均匀的 Ag NWs 薄膜。当纵横比超过 500 时,Ag NWs 薄膜的光电性能显着提高,与 ITO 薄膜相匹配。此外,当纵横比接近 1000 时,获得了具有 11.4 Ω/sq 低薄层电阻和 91.6% 550 nm 高平行透射率的最佳 Ag NTE。此外,Ag NW 薄膜的薄层电阻并没有表现出很大400 次弯曲试验后的变化,表明具有出色的柔韧性。所提出的制备高柔性和高性能Ag NTE的方法将有助于柔性器件的开发。

背景

柔性透明电极 (FTE) 在下一代柔性电子产品中发挥着重要作用 [1,2,3,4]。 FTE 可作为导电元件应用于许多光电器件,包括触摸屏 [5, 6]、便携式太阳能电池 [7, 8]、有机发光二极管 (OLED) [9,10,11]、燃料电池电极 [ 12、13、14、15、16、17]、传感器 [18、19]、PM 过滤器 [20]、透明加热器 [21、22] 和可穿戴电子设备 [23、24]。由于低薄层电阻 (<100 Ω/sq) 和高透射率 (>80%),目前使用的主要透明电极 (TE) 是氧化铟锡 (ITO)。但其固有的脆性限制了其在柔性电子产品中的应用。此外,它需要高温沉积过程,并受到铟稀缺性的挑战 [25,26,27]。因此,几种具有良好柔韧性和光学透明性的新型导电薄膜,如金属网格 [2, 28, 29]、碳纳米管 (CNTs) [30,31,32,33]、石墨烯 [34,35,36]、Ag NWs [5, 37,38,39,40,41],Cu NWs [42, 43],导电聚合物 [44, 45] 和这些 [46,47,48] 的混合物已经被制造出来,努力取代伊藤。在这些候选材料中,由于优异的导电性和高光学透明度,Ag NWs 薄膜已在科学和工业机构中得到广泛研究。此外,Ag NW 表现出出色的柔韧性和可拉伸性,这是制造可拉伸透明导体的吸引力之一,而不是易碎的 ITO [49,50,51]。此外,溶液处理的 Ag NWs 薄膜比 ITO 更具成本效益。所有这些特性使Ag NWs薄膜成为ITO的有前途的替代品,用于柔性电子产品的应用。

然而,需要解决几个问题,才能将 Ag NWs 薄膜商业化为 FTE。首先,需要以可控的方式轻松合成具有不同纵横比的 Ag NW,因为 Ag NW 薄膜的诱人特性深深依赖于 Ag NW 的尺寸,并且精心设计的长度和直径对于不同的应用非常重要 [52, 53]。通常,多元醇法是制备银纳米线最广泛使用的方法。冉等人。 [54] 通过使用平均分子量为 58,000 和 1,300,000 的混合 PVP 作为封端剂,合成了长宽比大于 1000 的薄银纳米线。然而,在他们的工作中没有仔细研究纵横比对 Ag NTE 光电性能的影响。虽然丁等人。 [55] 制备了直径从 40 到 110 nm 不等的 Ag NWs 并制造了具有 87% 的透射率和大约 70 Ω/sq 的薄层电阻的 Ag NTE,需要同时调整许多参数来控制 Ag 的直径NW 和所获得的 Ag NTE 的光电性能并不令人满意。李等人。 [56] 通过改变溴化物的浓度合成了直径为 20 nm 的薄银纳米线。他们制造了高质量的 Ag NWs 薄膜,在 130.0 Ω/sq 下的透射率为 99.1%。柯等人。 [57] 开发了一种多步生长方法来合成超过数百微米的超长银纳米线,并且制造的薄膜表现出 90% 的优异透射率和 19 Ω/sq 的薄层电阻。这些银纳米线薄膜的光电性能与 ITO 薄膜相当甚至更好。但是,在薄层电阻和透射率方面能够制造与商业 ITO 相媲美的 TE 的 Ag NW 的最小纵横比仍然不确定。因此,有必要合成各种长宽比的Ag NWs,并研究其对Ag NWs薄膜光电性能的影响。

此外,由于高纳米线结电阻,Ag NWs 薄膜的电子导电性相对较差 [58]。在银纳米线的多元醇合成中,作为表面活性剂的 PVP 吸附在银纳米线的表面,导致无规网络中导线之间的绝缘接触 [59, 60]。因此,不同的物理和化学后处理,包括热退火 [38, 39, 61, 62]、机械压力 [63]、导电聚合物纳米焊接 [64]、等离子体焊接 [65]、激光纳米焊接 [66,67, 68],以及与其他材料的集成 [60],已被探索以降低结电阻。在这些后处理中,通常采用接近 200°C 的热退火。它与不能耐高温的柔性塑料基板不相容,从而限制了Ag NWs薄膜在柔性光电器件中的应用。

在这里,一系列具有不同纵横比的 Ag NWs 从大约变化。 30 到大约1000 是可控合成的,用于制造高导电和透明的 Ag NTE。首先,Ag NWs 是通过简单的 PVP 介导的多元醇工艺制备的,其中具有不同平均分子量的 PVP 混合物可以有效地减小直径。随后,分别使用合成的具有不同纵横比的Ag NWs来制造没有高温退火的Ag NWs薄膜。并对相应的光电性能进行了比较研究。当纵横比接近 1000 时,最佳的薄层电阻和平行透射率可达到 11.4 Ω/sq 和 91.6%。此外,在内弯曲和外弯曲测试后,所制造的 Ag NW 薄膜的薄层电阻几乎是恒定的。

方法

材料和化学品

硝酸银(AgNO3,AR)和无水乙醇(C2H5OH,AR)购自国药集团化学试剂有限公司。 58)购自上海阿拉丁试剂有限公司。乙二醇(EG,98%)和 PVP(MW≈10,000、40,000 和 360,000,分别标记为 PVP-10、PVP-40 和 PVP-360)购自 Sigma-Aldrich。整个实验使用去离子水(18.2 MΩ)。

Ag NW 的合成

具有不同纵横比的银纳米线是通过简单的一锅 PVP 介导的多元醇工艺制备的。通常,在磁力搅拌下将 0.170 g AgNO3 溶解在 10 mL EG 中。然后,将在 10 mL EG 中的 0.15 M PVP-40 和 0.111 mM CuCl2·2H2O 混合溶液滴加到上述溶液中。然后,将混合物转移到容量为 50 mL 的内衬聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中,并在 160 °C 下加热 3 小时。自然冷却至室温后,以 2500 rpm 的速度离心 5 分钟,用乙醇和去离子水洗涤 3 次,得到纯银纳米线。最后,将产物分散在乙醇中以进行进一步表征和应用。此外,PVP 的浓度和平均分子量对于控制产品的形态和尺寸非常重要。因此,在多元醇工艺中同时使用不同类型的 PVP 分子来调节 Ag ​​NW 的直径。详细的实验参数列于附加文件1:表S1,分别命名为S1-S13。

Ag NTE 的制造

将厚度为 150 微米的聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 切成尺寸为 20 × 20 毫米的碎片。简而言之,将制备好的 Ag NW 分散在乙醇 (6 mg/mL) 中,然后将 50 μL 的 Ag NW 溶液以 2000 rpm 的速度旋涂在 PET 基材上 30 秒。最后,将 Ag NW 薄膜加热至 140°C 并保持 15 分钟,无需任何额外的后处理处理。研究了银纳米线的纵横比、旋转速度、浓度和银纳米线溶液的体积,以制造高质量的纳米线。关于重复旋涂,将每个体积的 Ag NWs 溶液更改为 25 μL,并将旋转速度设置为 2000 rpm。每次旋涂需要一个时间间隔来挥发乙醇。其他参数同上述过程。

特性和性能测试

使用冷场发射 SEM (Hitachi S-4800) 记录扫描电子显微镜 (SEM) 图像。透射电子显微镜 (TEM) 和高分辨率 TEM (HRTEM) 图像是通过使用 JEOL JEM-2100F 获得的。 Ag NWs 的 UV-vis 吸收光谱和 Ag NWs 薄膜的光学透射光谱在 Shimadzu UV-3600 分光光度计上进行。薄层电阻是在室温下使用四点探针电阻测试仪(FP-001)测量的。

结果与讨论

通常,Ag NWs 是通过多元醇工艺合成的,其中 PVP 用作封端剂以确保一维 Ag NWs 的生长 [69, 70]。在合成过程中,许多参数如反应温度、搅拌速度、PVP 浓度、PVP 链长、添加剂和化学品的比例都会影响合成的 Ag NWs 的产率和形貌。例如,低于 110°C 或高于 180°C 的不当反应温度会导致更多的银原子形成银纳米颗粒 (NP),而不是银纳米线 [70, 71]。合成银纳米线的长度随着搅拌速度的降低而增加 [72, 73]。在本文中,我们主要研究了 PVP 的浓度及其平均分子量对 Ag NWs 形态和尺寸的影响。 Ag NW 的相应形态和尺寸分布如图 1 和附加文件 1:图 S1 所示。首先,PVP 的浓度从 0.05 M(样品 S1,附加文件 1:图 S1a)增加到 0.15 M(样品 S2,图 1a)。产品的相应形态从近球形的 Ag NPs 变为平均直径为 104.4 nm 和长度为 12.3 μm 的纯 Ag NWs。当 PVP 的浓度增加到 0.25 M 时,观察到 Ag NW 和 Ag NP 的混合物(样品 S3,附加文件 1:图 S1b)。通过进一步将 PVP 的浓度增加到 0.55 M(样品 S4,附加文件 1:图 S1c),形成了大量不同形状(包括近球和三角形板)的 Ag NP。结果表明,较低或较高浓度的 PVP 不利于生产纯银纳米线,进一步导致没有银纳米线。改变 PVP 浓度后产物中 Ag NPs 的形成可归因于多孪晶纳米粒子 (MTPs) 整个表面的各向异性生长失败[69, 74]。

<图片>

, b 分别用 PVP-40 和 PVP-360 合成的 Ag NW 的 SEM 图像。 PVP 的浓度均为 0.15 M。ab ′ 对​​应的直径和长度的统计分布。 (插图ab 是相应的高倍率 SEM 图像和所有比例尺 是 500 纳米)

此外,还讨论了不同分子量的PVP对Ag NWs形貌和尺寸的影响。使用 PVP-10(样品 S5,附加文件 1:图 S1d)时,仅生产银纳米颗粒和聚合纳米棒。当分别使用 PVP-58(样品 S6,附加文件 1:图 S1e)和 PVP-360(样品 S7,图 1b)时,产品的相应形态和尺寸从粗短的 Ag NW(平均直径为 235 nm)改变和 6.7 微米的长度)到高纵横比的银纳米线(平均直径为 132.1 纳米,长度为 69.9 微米)。根据上述样品 S2、S5、S6 和 S7 的结果,PVP 的平均分子量不仅在 Ag NWs 的形貌形成中起着至关重要的作用,而且对 Ag NWs 产品的直径和长度也有显着影响.具有不同平均分子量的 PVP 对 Ag NW 的形态和尺寸的影响可归因于三个因素:(i)PVP 作为封端剂更喜欢吸附在 MTP 的侧面 [69]。强烈的化学吸附促进了长银纳米线的生长[75]。 (ii) PVP 覆盖层的空间效应允许银原子通过相邻 PVP 分子之间的间隙沉积在侧面,进一步导致形成厚的 Ag NW [54]。 (iii) EG 溶液中具有高平均分子量的 PVP 的高粘度会减慢生长速度,这有利于形成 MTP [76, 77]。因此,PVP 的低平均分子量,如 PVP-10,不能有效地吸附在(100)晶面上以限制横向生长。同时,小空间效应和低粘度不会阻止银纳米结构的聚集。具有高分子量的 PVP,如 PVP-360,在侧面具有很强的化学吸附作用,可以产生长的 Ag NW。但PVP-360的大空间效应会导致直径的增加。

为了获得高长宽比的银纳米线,在 PVP 介导的系统中,吸附强度和空间效应应达到平衡状态。因此,采用不同摩尔比的混合 PVP 分子作为封端剂,Ag NW 的相应形态和尺寸分布如图 2 和附加文件 1:图 S2 所示。当 PVP-58 与 PVP-40 以 1:1 的摩尔比混合时,获得平均直径为 47.5 nm 和长度为 16.1 μm 的 Ag NW。当 PVP-40 和 PVP-58 的摩尔比调整为 1:2 或 2:1 时,Ag NWs 的直径增加。此外,当 PVP-40 与 PVP-360 混合时,Ag NW 的纵横比显着增大,因为直径显着减小。当PVP-40和PVP-360的摩尔比为1:1时,纵横比接近1000,直径分布更均匀,如图2e所示。

<图片>

使用不同混合 PVP 分子合成的 Ag NW 的 SEM 图像。 PVP-40:PVP-58 =2:1,b PVP-40:PVP-58 =1:1,c PVP-40:PVP-58 =1:2,d PVP-40:PVP-360 =2:1,e PVP-40:PVP-360 =1:1,f PVP-40:PVP-360 =1:2,分别。 PVP的总浓度均为0.15 M,不同的PVP分子按摩尔比混合。 (插图af 是相应的高倍率 SEM 图像,以及所有的比例尺 是 500 纳米)

不同链长的混合 PVP 对银纳米线直径的影响可以在方案 1a 中简要解释。由于对(100)面的强吸附,长链 PVP 分子可以阻止 Ag NW 的横向生长。长链产生的大空间效应使相邻 PVP 分子之间的距离相对较大。通过相邻 PVP 分子之间的间隙扩散,Ag 原子仍然可以沉积在 Ag NW 的表面,并产生厚的 Ag NW。当使用不同链长的混合PVP时,短链PVP可以填补长链PVP之间的空白。因此,可以更有效地钝化(100)面,从而形成更小的 Ag 种子和更薄的 Ag NW [76]。如方案 1b 所示,在我们的工作中获得了具有典型纵横比的 Ag NW。可以推测,通过该实验路线可以生产更高纵横比的银纳米线。

<图片>

使用不同链长的混合 PVP 的 Ag NWs 生长机制示意图。 b PVP介导的多元醇法制备不同长径比的银纳米线

Ag NW 的微观结构和形态由 TEM 表征,如图 3a、b 所示。单纳米线被薄的 PVP 层覆盖,厚度约为2 纳米。图 3c 显示了具有良好晶体结构的 Ag NW 的 HRTEM 图像。 HRTEM 图像清楚地表明,周期性条纹之间的间距为 0.235 和 0.202 nm,与面心立方 (fcc) Ag 的 (111) 和 (200) 平面的晶面间距非常吻合。同时,Ag NWs沿[110]方向生长,如白色箭头所示,与早期报道[70, 76]的结果相似。

<图片>

透射电镜 (a , b ) 和 HRTEM (c ) PVP-40与PVP-360(摩尔比为1:1)混合合成的Ag NWs图像

如图 4 所示,所制备的银纳米线的紫外可见吸收光谱与准球形银纳米线的紫外-可见吸收光谱不同。 Ag NWs 的光谱出现双特征峰。位于 350 nm 附近的肩峰可归因于体银膜的等离子体共振 [70, 78]。第二个峰值可归因于 Ag NW 的横向等离子体模式,峰值位置与银纳米结构的尺寸有关 [79]。虽然由纵向等离子体共振引起的 570 nm 附近的峰值在光谱中不存在,因为所制备的 Ag NW 的纵横比远远超过 5 [70, 80]。此外,如绿色虚线所示,随着直径的增加,第二个峰向红色移动。然而,值得注意的是,当银纳米线的直径变大时,没有明显的峰值。对于来自样品 S6(平均直径为 235 nm)和 S10(平均直径为 222.8 nm)的 Ag NW,吸收强度最大值分别位于 408.5 和 406.5 nm 的波长处。它们小于样品 S7 中直径较小的银纳米线的峰值波长(平均直径为 132.1 nm,峰值波长为 412 nm),表明直径较大的右侧峰值波长的红移趋势脱离。 <图片>

不同直径银纳米线的紫外可见吸收光谱

有必要优化旋涂工艺以制造高质量的 Ag NWs 薄膜。如图 5a 所示,观察到随着旋转速度的增加,薄层电阻增加,因为粘附在 PET 表面上的 Ag NW 数量减少,导致电导率下降。此外,值得注意的是,当使用 8 mg/mL 的 Ag NWs 溶液时,薄层电阻显着降低至 19.6 Ω/sq。与使用 6 毫克/毫升相比,它减少了近五倍,这可能是由于在银纳米线网络中形成了更有效的导电渗透路径,而随着浓度增加到 8 毫克/毫升,银纳米线的一些宏观团聚体出现毫升。然后,进行重复的旋涂工艺。如图 5b 所示,随着旋涂次数的增加,透射率和薄层电阻均降低。更重要的是,当 Ag NWs 溶液的体积从 50 μL 添加到 75 μL 时,薄层电阻从 98.46 Ω/sq 急剧下降到 11.87 Ω/sq。随着体积进一步增加到 100 μL,薄层电阻降低到 10.42 Ω/sq,透射率为 80.95%。这表明当体积增加到 75 μL 时,纳米结构透明导电网络中纳米线的密度可能会达到临界点,在该临界点发生从渗透行为到体行为的转变 [81]。此外,为了评估 NTE 的性能,计算了将透射率与薄层电阻相关联的品质因数 (FOM)。一般情况下,透光率(T λ ) 和薄层电阻 (R s ) 的金属薄膜满足以下等式。 (1):

$$ {T}_{\lambda }={\left(1+\frac{188.5}{R_{\mathrm{S}}}\frac{\sigma_{\mathrm{op}}\left(\lambda \ right)}{\sigma_{DC}}\right)}^{-2} $$ (1)

Ag NWs 薄膜的薄层电阻与不同 Ag NWs 浓度下的旋涂速度。 b 由不同体积的 Ag NWs 溶液制备的 Ag NTEs 的光电性能比较。 Ag NWs 溶液的浓度为 6 mg/mL,每次旋涂的体积为 25 μL。 插图 是 Ag NWs 薄膜的 FOM 值与 Ag NWs 溶液的体积。 cf 由不同体积的 Ag NWs 溶液制备的 Ag NWs 薄膜的 SEM 图像,c 25 μL,d 50 μL,e 75 μL,f 分别为 100 μL。所有比例尺 是 5 μm

σ op (λ) 是光导率和 σ DC 是薄膜的直流电导率 [37]。 σ的值 直流/ σ op (λ) 被用作 FOM。更高的 FOM 值意味着更好的光电性能。图 5b 中的插图展示了由不同体积的 Ag NW 溶液制造的 NTE 的 FOM 值。当体积增加到 75 μL 时,Ag NW 的 FOM 值最高,从 23.3 急剧增加到 162.6。这表明在进行三次旋涂时,实现了低薄层电阻和高透光率之间的平衡。此外,图 5c-f 显示了 PET 上不同密度的 Ag NWs 薄膜的 SEM 图像,分别对应于 25、50、75 和 100 μl 的 Ag NWs 溶液的体积。从图像中可以看出,随着银纳米线溶液体积的增加,银纳米线网络变得越来越密集,银纳米线的分布也更均匀。因此,重复旋涂工艺可用于制备具有不同透射率和薄层电阻的均匀Ag纳米线薄膜,适用于不同的应用。

对于在 NTE 中的应用,纳米线结对随机 Ag NWs 网络的导电性有显着影响 [58]。在多元醇工艺中,合成的 Ag NW 保留了残留的绝缘 PVP 层,导致结处的高电阻和导电性的恶化。李等人。 [59] 报道说,重复的溶剂洗涤可以将 PVP 层从大约减少。 4 nm 至 0.5 nm,并允许在室温下焊接重叠的 Ag NW。同样,我们重复用乙醇清洗合成的银纳米线 3 次,以尽可能多地去除 PVP 层。正如图 3a 中的上述结果,留下了厚度为 2 nm 的 PVP 薄层。它不仅可以有效降低结电阻,还可以确保银纳米线在溶剂中的良好分散。另一方面,对于二维无宽棒,临界数密度 (N c ) 的棍子创建一个渗透网络由方程给出。 (2):

$$ {N}_c\times {L}^2=5.71 $$ (2)

L 是纳米线的长度 [52]。这个方程意味着渗透网络所需的 Ag NW 的数量密度与长度的平方成反比。因此,长纳米线倾向于以低数密度构建稀疏且有效的渗透网络。它不仅可以增加透光率,还可以通过构建长的渗流路径和较少的纳米线结来提高电导率。

图 6a 显示了由具有不同纵横比的 Ag NW 制造的 NTE 的光电性能比较。对于样品 S2 和 S9,平行透射率的增大可能归因于较小的直径,从 104.4 nm 减小到 47.5 nm,因为较小直径的纳米线可以散射较少的光,导致雾度进一步降低。当纵横比超过 500(样品 S7)时,获得平行透射率为 81.8% (87.2%) 和方块电阻为 7.4 Ω/sq (58.4 Ω/sq) 的 Ag NWs 薄膜。光电性能与商用 ITO 薄膜 (85%, 55 Ω/sq) [5] 相当。此外,当纵横比接近 1000(样品 S12)时,Ag NWs 薄膜显示出比 ITO 薄膜更好的透射率(91.6-95.0%)和电子导电性(11.4-51.1 Ω/sq)。它们足以满足TE在太阳能电池或触摸屏应用中的性能要求。此外,如图 6b 所示,最大的 FOM 值达到 387,高于各种 TE 的许多其他报告值 [62, 73]。优异的性能可归因于细长的 Ag NW。此外,值得注意的是,当纵横比从 339(样本 S9)扩大到 529(样本 S7)时,FOM 值从 89 急剧增加到 224。主要原因可能是样品 S7 中较长的 Ag NW 形成了更有效的渗透网络,具有较少数量的纳米线,从而导致更多的光通过 Ag NW 网络传输。这表明,当直径小于 20 nm 的薄 Ag NW 未成功合成时,长 Ag NW 策略是获得具有良好光电性能的 NTE 的一种简便有效的方法 [52, 67]。图 6c 展示了由样品 S12 制造的 Ag NWs 薄膜的光学透射光谱。光谱显示出从可见光到近红外波长的宽阔平坦区域,可以提高光的利用范围,有利于显示和太阳能电池应用,而ITO薄膜的透射率在可见光区域内表现出剧烈波动[7] ].

<图片>

由具有不同纵横比 (AR) 的 Ag NW 制造的 NTE 的光电性能比较。 b Ag NWs 薄膜的最佳 FOM 值与 Ag NWs 的 AR。 c 由样品 S12 制成的 Ag NWs 薄膜的光学透射光谱。 d 渗透品质因数 (П ),根据电导率指数 (n )。 实线 在给定的透射率组合 (T ) 和薄层电阻 (R s),从方程计算。 (3).石墨烯、SWNT、Cu NW、Ag NW 的绘图数据来自最近发表的报告 [37, 67, 81]。 星号 表示使用该工作的样品 S12 制备的 Ag NWs 薄膜的结果

为了进一步评估 Ag NWs 网络的光电性能,渗透 FOM,П ,在方程中提出。 (3) 由 De 等人撰写。 [81]:

$$ T={\left[1+\frac{1}{\varPi }{\left(\frac{Z_0}{R_{\mathrm{S}}}\right)}^{\frac{1}{ n+1}}\right]}^{-2} $$ (3)

Z 0 是自由空间的阻抗 (377 Ω)。 TR s 分别代表 Ag NWs 薄膜的透射率和薄层电阻。 П 的高值 意味着低薄层电阻和高透射率。渗透 FOM (П ) 和电导率指数 (n ) 在这项工作中通过使用方程计算为 89.8 和 1.50。 (3) 分别。渗透 FOM 值高于其他报告的各种 TE 值(如图 6d 所示)。这可能归因于两个原因:薄 PVP 层(约 2 纳米)可以有效降低纳米线结电阻。另一方面,长的银纳米线(约 71.0 微米)在渗流网络中形成长的导电路径,导致结的数量减少。有趣的是,n 的值 是与纳米线结电阻分布的存在相关的非通用指数 [82,83,84]。李等人。 [67] 采用激光纳米焊接工艺降低纳米线结电阻,n 计算为 1.57。价值接近于我们工作中的价值。这进一步表明薄的PVP层和长的Ag NWs可以有效地实现Ag NWs网络的低温焊接。

图 7a 展示了 PET 上均匀的 Ag NWs 薄膜的光学照片。胶片是高度透明的,因为透过胶片可以清楚地看到背景中的校徽。图 7b,附加文件 1:图 S3 和附加文件 2:视频 S1 显示 PET 上的 Ag NW 薄膜在施加低电压时会打开 LED 灯泡。这表明 Ag NWs 膜的整个表面都是高导电性的。此外,Ag NW 薄膜非常柔软,如图 7c 所示。

Optical image of as-fabricated Ag NWs films on PET. b Ag NWs film is connected in an electric circuit in which an LED is lit. c Optical image of the flexible Ag NWs film

The video of Ag NWs flexible transparent electrodes. (AVI 9706 kb)

The mechanical stability of the fabricated Ag NTEs on PET substrate is evaluated by a bending test. As shown in Fig. 8, the bending test consists of 100 cycles of inner bending and 300 cycles of outer bending with a bending radio of 1.5 cm. No visible defects, such as cracking or tearing of the surface, are observed even after more than 400 cycles of bending test. And Ag NTEs exhibit a stable electronic performance with little change of sheet resistance. Its property to tolerate hundreds of mechanical bending test could be attributed to the flexibility of long Ag NWs and the benign adhesion to the substrate.

The bending test, including inner bending and outer bending. Both the bending radios are 1.5 cm. 插图 shows the bent Ag NTEs is still conductive over the whole surface. (R and R 0 represent the sheet resistance of films before and after bending test, respectively)

结论

In summary, Ag NWs with different aspect ratios varying from ca. 30 to ca. 1000 are prepared via a facile PVP-mediated polyol process and are applied to the fabrication of high-performance Ag NTEs with low-temperature sintering. In the polyol process, the diameters of Ag NWs are strikingly reduced and the aspect ratios reach almost 1000 when employing mixed PVP as the capping agent. Additionally, when the aspect ratios exceed 500, the optoelectronic performance of Ag NWs films show good transmittance (81.8–87.2%) and electronic conductivity (7.4–58.4 Ω/sq), comparable to those of commercial ITO films (85%, 45 Ω/sq). Furthermore, high-performance Ag NTEs with a transmittance of 91.6% and a sheet resistance of 11.4 Ω/sq are obtained, as the aspect ratios exceed 1000. The long nanowires and thin PVP layer lead to less number of nanowire junctions and reduced junction resistance, respectively. It allows low-temperature sintering of Ag NWs network, which is advantageous for the applications in the flexible plastic substrates. Moreover, Ag NTEs show excellent flexibility against the bending test. We believe that the ability to synthesize Ag NWs with different aspect ratios and fabricate high-performance NTEs with low-temperature welding are very valuable to the development of flexible electronic devices.


纳米材料

  1. 小型硒纳米晶体和纳米棒的简便合成和光学特性
  2. 不同旋转角度外壳中TiO2-水纳米流体稳定性和自然对流的实验研究
  3. 作为高性能可见光驱动光催化剂的异质结构 WS2/Bi2MoO6 的简便合成
  4. 涂有 CuS 纳米粒子的有色导电 CuSCN 复合材料的简便合成
  5. 用于透明导体应用的柔性铜纳米线网状薄膜的紫外线处理
  6. 不同粒径阿维菌素纳米递送系统的制造、表征和生物活性
  7. 控制合成不同形态的 BaYF5:Er3+、Yb3+ 以增强上转换发光
  8. Co3O4 纳米线的环境友好和简便合成及其与石墨烯在锂离子电池中的有前景的应用
  9. 石墨烯/Ag3PO4 量子点复合材料的简便一步声化学合成和光催化性能
  10. 超长细铜纳米线的简便合成及其在高性能柔性透明导电电极中的应用
  11. 无配体铱纳米粒子的简便合成及其体外生物相容性
  12. 不同类型的锻造工具和设备