银纳米线的制备、焊接及其透明电极性能研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院) | 被引量 : 8次 | 上传用户:yuzhou519
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柔性光电器件的飞速发展正给人们的生活带来前所未有的变革。透明电极作为光电器件的关键部件,吸引了众多科研工作者的关注。金属银纳米线(AgNWs)由于其突出的导电性、透明性和机械性能,被视为当今柔性光电器件最具潜力的电极材料。如何进一步强化AgNWs透明电极的光电性质以更广泛地满足柔性光电器件的应用,已成为亟待解决的关键问题。首先,采用改进的多元醇法控制制备AgNWs。以CuCl2和不锈钢纤维为控制剂控制合成AgNWs的纯度;在此基础上,引入NaBr为协调控制剂调控AgNWs的直径;通过进一步改变反应过程中的搅拌转速,可获得不同长度的AgNWs;考察不同直径及长度AgNWs制作的透明电极的光电性质。其次,采用HCl蒸汽诱导AgNWs发生光化学纳米焊接。室温下,通过日光灯照射,空气中的O2和HCl蒸汽作为蚀刻对,驱动Ag原子从AgNWs节点处底部纳米线转移到顶部纳米线,并以顶部纳米线的晶格为模板外延重结晶熔合节点。焊接能有效增强AgNWs透明电极的光电性质,并获得低方阻高透过率(Rs=15ohm/sq,T=85%)的AgNWs电极。该电极表现出优异的发热性能、电磁屏蔽效能和机械性能。然后,采用联氨蒸汽诱导AgNWs发生原位化学纳米焊接。AgNWs自然氧化形成的表面氧化层作为焊料,联氨蒸汽作为还原剂,通过原位氧化还原产生的银原子外延重结晶熔合AgNWs节点。经过焊接,AgNWs透明电极的方阻可降低5个数量级(107 ohm/sq-102 ohm/sq),且保持原始高的透过率96%,其光电性质可提高5个数量级(品质因数:10-3-102),并进一步获得高透过率(T=96%,Rs=77 ohm/sq)和低方阻(Rs=18 ohm/sq,T=92%)的AgNWs透明电极。该焊接能有效改善电极的可拉伸性,并具有修复能力。焊接的AgNWs透明电极制作的单电极摩擦纳米发电机透过率高达95%,并表现出优异的电输出和传感性能。基于出色的透明性,该纳米发电机可用作触觉传感器记录手机触控。最后,采用UV诱导AgNWs发生光热纳米焊接。室温下,选择常见的UVA灯(波长范围:320 nm-400 nm)作为光源,AgNWs节点作为光驱动热源,熔合AgNWs节点。该焊接随AgNWs直径增大而减弱,且表现出自终止性和自限性。通过时域有限差分法模拟分析光热纳米焊接的机理。经过焊接,直径30 nm AgNWs透明电极的方阻可降低3个数量级(105 ohm/sq-102 ohm/sq),且保持高透过率97%,其光电性质可提高3个数量级(品质因数:0.1-110)。焊接的AgNWs透明电极具有强化的机械柔性、电磁屏蔽效能及发热性能,并进一步制得智能调光膜、透明发热器和透明摩擦纳米发电机。将该UV焊接技术整合到卷对卷狭缝挤压涂布工艺,连续批量涂布了低方阻高透过率(Rs=25 ohm/sq,T=90%)的柔性AgNWs透明电极。综上所述,本文采用改进的多元醇法实现了AgNWs的纯度和尺寸控制制备,开发的纳米焊接方法能有效降低AgNWs透明电极的方阻且保持高透过率,显著提高电极的光电性质,强化机械柔性。焊接的AgNWs电极在柔性光电领域表现出广泛而良好的应用。因此,以上研究为AgNWs的可控制备及焊接,增强AgNWs透明电极的性能,进而制作高性能的柔性光电器件提供理论依据和技术支持。
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