银纳米线基透明电极的制备及应用

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柔性透明电极是下一代新型电子设备中关键元件之一,柔性显示器、多用途传感器、触摸屏等均是其潜在的应用领域。银纳米线(Silver nanowires,AgNW)以其优良的光电性能和特殊的构造是最具潜力的透明导电材料。但是目前的AgNW基柔性透明电极缺乏足够好的光电性能并且在变形条件下电学性能并不稳定,而且AgNW也缺乏抗氧化和耐高温能力,这些原因限制了该类产品的应用。本论文为解决AgNW透明电极存在的问题,提出了多种简便、绿色的制备手段,制备出了高性能的AgNW基柔性透明电极、可拉伸透明电极和耐氧化/耐高温柔性透明电极,研究了复合材料的光电性能、变形条件下电学稳定性能、耐氧化/高温性能。接着通过软件仿真讨论了AgNW性能和电路中的分布对电极电阻的影响,并制备了柔性透明加热膜和透明促动器,对相关性能进行了研究。主要研究如下:⑴首先采用预涂覆氯化钠溶液的方法制备了新型网络结构的AgNW基透明电极。研究发现,盐的存在一定程度的改变了AgNW的聚集状态,使其形成了相对疏松的网络结构,提高了透光率,并且银离子会再次沉积在AgNW间接触的位置使得导电性也得到提高,结果显示新网络结构的AgNW柔性透明电极电阻较普通AgNW电极下降了21%,透光率提高了2.6%,并且样品在弯曲条件下展现出优良的电学稳定性。最后通过研究AgNW透明电极光电性能与AgNW用量之间的关系,证实了AgNW用量与材料光电性能之间符合逾渗理论。⑵通过在普通AgNW基透明电极的表面先后涂覆聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol,PVA)溶液和AgNW的方法制备了可拉伸透明电极。测试结果表明,在拉伸20%时,电阻仅变化21%,而普通AgNW电极变化高达268%。电稳定性能提高的原因是因为最上层的AgNW在样品喷水后通过连接聚合物表层的AgNW,共同组成了有效的立体导电网络,使得样品在拉伸时保持稳定的电学性能。然后通过对不同样品多次拉伸后电学性能和表面形貌的测试确认了波浪形导电网络的形成是导致样品电学稳定性提高的原因,并且不同的AgNW用量会通过构建出不同数量的导电通路来影响拉伸时电阻的稳定性。⑶通过在AgNW表面涂覆离子液体(Ion Liquid,IL)的方法有效的提高了AgNW-IL电极的耐高温/氧化能力。结果显示,AgNW-IL电极的抗氧化能力被极大增强,被氧化程度仅为7.04%,而同条件下AgNW电极被氧化为19.9%,并且离子液体对透明电极光电性能影响较小。另外通过提高离子液体的用量可以有效的增强AgNW耐高温能力,在经过220℃(1h)的高温测试后依然保持有效的导电网络。⑷通过Comsol Multiphysics仿真软件,采用两种模型并从多个角度详细阐述了AgNW性能和电路中的分布对电极电阻的影响。仿真结果显示,更长长度的AgNW可以构建更多的并联电路从而降低了电极的电阻。另外通过对制备的AgNW柔性透明加热器和AgNW柔性透明促动器的性能研究,进一步的探索了AgNW透明电极潜在的应用领域。
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