纳米银线透明薄膜的导热性能实验研究

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近年来纳米银线(nanowires,简称Ag NWs)获得了极大的关注,在物理、化学、生物等领域表现出了独特的电学性能和热学性能。包括增强拉曼反射、催化、数据存储、生物和医学传感器以及强烈的光谱抗菌活性,对人类细胞无毒害等。随着电子器件朝着轻薄化方向发展,电子器件中的薄膜和层状结构的研究和设计变得极为重要。纳米银线在导电性、可见光透过性和稳定性方面均表现出了良好的特性,被广泛应用于柔性液晶显示器、触摸屏、薄膜晶体管、有机发光二极管和太阳能电池等柔性光电应用的开发与制造,对于这些应用的设计和优化,纳米银线阵列的热电性是极为关键和基本的,而对其导热性能方面的研究却少之又少。纳米银透明薄膜作为新型多功能ITO替代材料,其散热效果对轻薄化电子器件的影响不容小觑。基于纳米银线的导电电极已显示出在大面积柔性光电应用领域的潜力,目前,人们正致力于降低Ag NWs薄膜的表面粗糙度,提高其光电和热电性能。虽然纳米银线本身具有优异的光电性能,然而,在保持透光率大于90%的情况下,提高Ag NWs电极的热电性能仍然是一个难题。通过改变基底表面纳米银线网格是十分可行的方法,网格的间距和密度以及搭接形式都可控制其光电及热电性能。实验中,通过对样品进行加热处理,来改变纳米银线网格间的接触强度,起到优化纳米银线透明薄膜光电性能和热电性能的效果。本文采用浸渍提拉法将纳米银线均匀涂敷在PEEK纤维基底上,并对其进行不同温度和不同时间的加热处理。采用瞬态电热技术(TET)测量了经过不同热处理温度及时间后的纳米银线透明薄膜的热扩散系数,进而求得其热导率、电阻温度系数和洛伦兹数的变化趋势。实验结果表明,纳米银线透明薄膜热导率随热处理温度的增加而增大,在20-120℃条件下,热导率随热处理时间的延长而增大。洛伦兹数整体呈上升趋势,但由于网格的结构导致洛伦兹数并不稳定。电阻温度系数随热处理温度的增加而增大,随热处理时间的延长而增大,并在1h后斜率有明显增加。从单根纳米银线和纳米银线网格两个角度分析了纳米银线透明薄膜中的声-电子热输运机制。引用考虑界面散射的声-电子热导率计算模型进一步分析了结构散射和界面散射对其导热性能的影响,以及分析了加热处理对纳米银线透明薄膜网格形态的改变,从电导率的变化趋势可以看出,在热处理温度小于120℃时,加热处理并不能完全破坏纳米银线薄膜中的网格结构,能量依旧沿网格进行输运,仅在节点处出现二次结晶现象,增大了节点处的声-电子自由程,提高了薄膜的热电性能。最后展望了纳米银线在科学研究和材料应用方面的发展趋势及应用前景。
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