银纳米线透明导电薄膜仿真研究现状

银纳米线薄膜作为新型柔性透明导电薄膜,具有导电性能好、透光率高、成本低和柔性良好等优点。本文从电学、力学和光学三个方面介绍了银纳米线薄膜的仿真原理、仿真工具及发展现状。目前,银纳米线薄膜的电学性能仿真已研究得比较完善,能够从微观到宏观尺度建立精确的模型,常用的节点主导假设(JDA)模型、多节点表示(MNR)模型能够较好地模拟、预测银纳米线薄膜的方阻。银纳米线薄膜力学仿真尚未能建立起完美的宏观模型,只能通过分子动力学方法等对单根或多根银纳米线之间的力学性能进行仿真模拟。银纳米线薄膜的光学性能的仿真主要依靠时域有限差分方法来模拟光与材料的相互作用,依靠该方法能够模拟少量银纳米线的光学性能,并且目前已有建立大型复杂银纳米线薄膜光学模型的尝试。此外,多物理场耦合且能够反映整个银纳米线薄膜的光-电-热-力综合性能的仿真模型仍未建立,未来研究者们还需于此继续深耕。

银纳米线导电纺织品制备及应用研究进展

银纳米线具有优异的长径比、导电、透光、柔性、抗菌等特性,是制备导电纺织品最有前途的纳米材料之一。介绍银纳米线导电纺织品的常用制备方法,即共混纺丝法、后整理法,综述银纳米线导电纺织品在空气过滤、饮用水过滤、电磁屏蔽、个人热管理、柔性压力传感器等领域的应用进展。最后对银纳米线导电纺织品的未来发展趋势进行展望,为下一代智能纺织品的研发提供思路。

基于银纳米线/聚苯胺纳米复合材料的电致变色薄膜及器件的制备与性能

以质量比分别为1:5,1:15,1:25的银纳米线(AgNWs)和苯胺为原料,采用化学氧化聚合法制备了银纳米线/聚苯胺(AgNWs/PANI)纳米复合材料,喷涂在氧化铟锡(ITO)导电玻璃上得到AgNWs/PANI电致变色薄膜,将喷涂AgNWs/PANI(质量比为1:15)和聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)电致变色薄膜的ITO基电极组装得到分层式电致变色器件,研究了AgNWs/PANI电致变色薄膜和电致变色器件的微观形貌和电致变色性能。结果表明:AgNWs/PANI电致变色薄膜中PANI均匀包覆在AgNWs上形成线性核壳结构,当AgNWs和苯胺质量比为1:5时薄膜中有很多AgNWs暴露在外,当质量比为1:25时AgNWs暴露缺陷较少但形成的导电通路连续性差,当质量比为1:15时AgNWs被PANI完美包覆且导电通路连续均匀;与纯PANI电致变色薄膜相比,AgNWs/PANI电致变色薄膜的峰值电流密度、离子扩散速率和光学对比度增大,电荷传递阻抗减小,变色效果明显,电致变色性能提升,AgNWs和苯胺质量比为1:15时电致变色性能最佳;电致变色器件的最大光学对比度为65.2%,着色和褪色过程响应时间分别仅为6.5,4.9 s,经历1 000次恒电位跃迁后光学对比度保留率高达97.7%,着色效率高达124.6 cm^(2)·C^(-1)。

聚噻吩衍生物/银纳米线结合分子印迹法检测葡萄糖

通过在银纳米线上沉积3氟苯硼酸接枝的3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT-FPBA)和葡萄糖,制备了一种基于表面分子印迹(MIP)法的葡萄糖生物传感器。在玻碳电极(GCE)表面依次沉积银纳米线(AgNWs)、EDOT-FPBA和葡萄糖,然后洗脱葡萄糖模板后得到分子印迹葡萄糖生物传感器。采用电化学阻抗法检测葡萄糖,在0.05~20.00 mmol/L范围内,葡萄糖浓度与电荷转移电阻呈线性关系,检测限低至0.03 mmol/L(R2=0.9905)。此外,该传感器具有良好的特异性、稳定性、可重复使用性和存储稳定性,并且可在生理pH下对葡萄糖进行灵敏检测。

具有超低工作电压的银纳米线阻变器件研究

具有高密度和自适应特性的随机银纳米线网络能够模拟神经元的复杂网络拓扑,在信息存储、选择器和神经形态计算领域中应用广泛。文章采用旋涂工艺在图像化电极衬底上制备了银纳米线器件,研究了不同银纳米线浓度和直径对其电学性能的影响,并最终实现了具有超低工作电压(0.01 V)的神经形态器件。实验结果表明,采用直径为30 nm的银纳米线和浓度为5 wt%的复合溶液所制备的随机网络能够实现可控的大开关比阻变行为。进一步,将该大开关比阻变行为作为器件的初始化过程,实现了银纳米线阻变器件在外加超低脉冲电压刺激作用下的可控突触可塑性行为。最后,通过对单个纳米结点中银纳米细丝的形成与断裂过程进行研究,进一步提出随机银纳米线网络在不同电刺激条件下的工作机理。本工作为新型神经形态器件中随机网络的物理实现和应用提供了新思路。

基于银纳米线的柔性压阻式触觉传感器研究

触觉传感器是智能机器人感知外界环境并与人进行交互的关键环节。多种物理测量和高延展性使触觉传感器得到了更广泛的应用。提出了一种制造工艺简单、成本低的柔性触觉传感器,根据电阻的变化,可检测温度和接触压力。该传感器是由PDMS薄膜、纸基银纳米线和PDMS薄膜组成的三明治结构。敏感元件为3×3的纸基银纳米线阵列,阵列末端用导电银浆引线。整个传感器的尺寸为3 cm×3 cm。通过压力测试和温度测试实验,测量了传感器阵列交点处的电阻随着压力和温度变化趋势。结果表明,该传感器的压力检测灵敏度为2.8Ω/N,温度检测灵敏度为0.18Ω/℃。该传感器的结构和制备工艺简单可行,在机器人电子皮肤领域具有广阔的应用前景。

多元醇液相还原法制备银纳米线的研究

银纳米线(AgNWs)因具有高导电性、高透光性及良好的耐弯曲柔性,已成为传统氧化铟锡(ITO)透明导电材料的替代品。采用液相多元醇还原法制备了不同规格的银纳米线,并通过SEM、UV-Vis、XRD等测试手段对制备的银纳米线进行了表征。结果表明,不同的制备参数可以获得颗粒状、短棒状、线状等不同形态的银产物。反应温度160℃,反应体系中聚乙烯吡咯烷(PVP)与AgNO_(3)的摩尔比为2∶1,FeCl_(3)的浓度保持在0.1~0.2mmol/L之间时,可以制备得到长度约30μm、直径约50nm的高纯度银纳米线。

银纳米线对光驱动液晶显示器擦写时间的影响

光驱动液晶显示器(Optically Driving Liquid Crystal Display,ODLCD)是通过利用目标光轴排列以线偏振信息的形式写入光取向层,进而引导液晶微区取向技术的一种新型液晶显示器。ODLCD不仅具有功耗低的显著性优点,而且可以利用偏振光对信息进行擦除和改写。但由于目前ODLCD存在擦写时间较长这一缺点,限制了其在实际中的应用。为了降低ODLCD的擦写时间,本文通过在液晶中掺入液晶单体RM257和银纳米线(AgNWs)并在电场下发生光交联,探究了不同浓度(质量分数)RM257和AgNWs对ODLCD擦写时间的影响。实验结果表明,RM257和AgNWs都对ODLCD的擦写时间有着较显著的影响,在RM257浓度为12%和AgNWs浓度为1%时,ODLCD的擦写时间较短。该研究改善了ODLCD的擦写时间性能,对其在实际中的应用具有一定的研究价值。

聚醚砜/银纳米线-聚吡咯柔性复合导电膜的制备

以聚醚砜/银纳米线为有机柔性基材,聚吡咯为高分子导电介质制备了聚醚砜/银纳米线-聚吡咯柔性复合导电膜,并对该导电膜的结构和导电性能进行了测试与表征。结果表明:银纳米线、聚醚砜、聚吡咯的相容性良好,导电膜表面的主要成分为Ag,C,O,S,含量分别为59.7%,33.2%,2.8%,3.4%(w)。聚吡咯含量为20%(w)时,复合导电膜电阻率为3.5Ω·m,电导率为9.7 S/cm,交流电导率为2.7×10^(-5) S/m。通过对复合导电膜电化学阻抗谱的测试,选择制备导电膜的反应时间为3 h。

不同制备工艺下的银纳米线掺杂碳浆柔性导电薄膜性能研究

为制备电阻率稳定的导电薄膜,以银纳米线掺杂碳浆,在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂体系下分散,制备粘度适于丝网印刷、喷墨和直写打印的导电墨水,分别在PET薄膜基底上印刷沉积柔性导电电路。通过打印层数和银纳米线浓度的控制以及柔性电路的循环弯折和通电加热实验,探究了导电薄膜的导电性能。结果表明:银纳米线掺杂能有效降低导电薄膜的电阻率;20 mg/mL银纳米线浓度掺杂碳浆适于用作丝网印刷、喷墨和直写打印的原料;丝网印刷薄膜电阻率最低且使用寿命最久。

银纳米线基柔性应变传感器气溶胶喷射打印制备及性能

为开发具有优异传感性能且工艺简单、稳定性好的柔性应变传感器,以实现对人体健康信号的无创监测,以多元醇法制备的银纳米线(AgNW)为原料,利用气溶胶喷射打印(AJP)技术构建了基于致密AgNW的柔性应变传感器,有效增强了界面导电性和机械性能。25层的打印层数使传感器获得了30%的应变范围,对其进行120℃烧结,实现了AgNW的有效搭接,构筑了稳定的导电网络体系,显著提高了传感器的灵敏度和稳定性。所制备的传感器在30%的应变范围内平均灵敏度系数为66.7,具有良好的皮肤贴合性和舒适性,并成功地用于监测手指弯曲信号,经过500次的重复拉伸测试,显示出较为稳定的应变传感性能。

丙烯酸树脂添加剂对银纳米线透明导电膜的影响

目的通过丙烯酸树脂共混改性银纳米线溶液,弥补了银纳米线附着力差的缺点。方法采用不同槽深的线棒在玻璃基底上多次涂覆,制备了含不同丙烯酸树脂添加量的银纳米线透明导电膜,利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、透光率/雾度测定仪、非接触式电阻测试仪和百格法分别对银纳米线透明导电膜的表面形貌、表面粗糙度、透光率、雾度、方阻和附着力进行表征和测试,并通过最小二乘法将数据拟合得到银纳米线透明导电膜的透光率和方阻的关系。结果随着丙烯酸树脂添加量的增加,银纳米线透明导电膜的附着力增强。在线棒槽深相同、丙烯酸树脂溶液添加量≤6%时,随着涂覆次数的增加,银纳米线透明导电膜的透光性下降、雾度上升,方阻逐渐降低;通过数据拟合发现,透光率与方阻的平方呈负相关,采用更大线棒槽深制备的银纳米线透明导电膜有更高的品质因数,在丙烯酸树脂添加量为4%(体积分数)、线棒槽深20μm、涂覆12次时,制备了透光率为84.3%、雾度为2.81%、方阻为28Ω/的高品质因数银纳米线透明导电膜。结论丙烯酸树脂溶液可以有效提升银纳米线透明导电膜的附着力,而丙烯酸树脂具有绝缘性,过量添加会增大银纳米线的接触电阻,使银纳米线网络的导电性下降。

超薄柔性银纳米线/还原氧化石墨烯/纤维素纳米纤维复合纸的制备及其电磁屏蔽性能

随着无线通信技术的发展,电磁辐射污染日益严重,开发超轻、超薄、柔性、高机械性能的电磁屏蔽材料以保护精密电子器件免受电磁辐射干扰十分必要。以纤维素纳米纤维(CNFs)为基质,银纳米线(Ag NWs)和氧化石墨烯(GO)为导电填料,通过交替真空抽滤CNFs和具有不同比例的Ag NWs/GO混合液的方法构建了一种超薄柔性电磁屏蔽复合纸(厚度为34μm)。研究了复合薄膜的润湿性、力学性能以及电磁屏蔽性能,揭示了复合纸微观结构及组成对其润湿性、力学性能以及电磁屏蔽性能的影响。SEM测试结果表明,该复合纸具有多层结构。导电性测试结果表明,3个导电层导电性呈梯度变化。接触角测试的结果表明,形成多层梯度结构后,复合纸的接触角为115°,表现出了一定的疏水性。万能力学试验机的结果表明,多层梯度结构复合纸的应力和应变分别为26.7 MPa和2.16%,相比混合非梯度复合纸有了一定的提升。矢量网络分析仪的测试结果表明,具有梯度结构的复合纸在8.2 GHz时,电磁屏蔽效能为24 dB,高于混合非梯度结构复合纸的效能(19 dB),并以吸收损耗为主。因此,通过构建分层梯度结构可以显著提升复合纸的力学性能以及电磁屏蔽性能。

高导热银纳米线/聚合物复合材料的制备方法研究综述

高频、大功率的现代电子产品趋向于小型化和集成化,热量的积累可能导致先进电子器件失效甚至损坏。聚合物基复合材料是目前电子器件散热的主要材料。本文主要对以银纳米线为主要填料的高导热复合材料的制备方法进行了综述,包括共混法、冻干法、涂层法、浇铸法、静电纺丝法、自组装法,旨在为新型热管理材料的制备和研究提供一些参考。

可拉伸银纳米线透明导电膜的制备及性能研究

以银纳米线(AgNWs)为导电相,聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜为基材,采用旋涂-转移法制备可拉伸银纳米线透明导电膜,即先将AgNWs均匀旋涂在聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene Terephthalate,PET)薄膜表面,然后转移到半干的PDMS膜表面,再经热处理获得可拉伸银纳米线透明导电膜(AgNWs/PDMS)。研究了银纳米线的浓度、用量和尺寸以及旋涂层数对AgNWs/PDMS导电性、透光性、可拉伸性以及稳定性的影响;随着银纳米线浓度和用量的增加,AgNWs/PDMS膜的导电性和透光性下降。随着银纳米线直径下降,薄膜的透光性增加,但导电性下降。采用0.2 mL的2 mg/mL银纳米线(直径60 nm,长度25~30μm)旋涂4层所制备的薄膜在550 nm处的透光率为72.5%,方阻为32.94Ω/□。同时,AgNWs/PDMS膜具有良好的柔韧性、弯折稳定性、可拉伸性和电稳定性。

光交联聚乙烯醇/银纳米线复合透明导电薄膜的稳定性研究

通过简单的溶液工艺将水溶性光交联聚乙烯醇-苯乙烯基吡啶盐(SbQ-PVA)溶液涂敷至银纳米线(AgNWs)薄膜上形成SbQ-PVA/AgNWs复合薄膜,分析了不同面密度的AgNWs薄膜在涂敷SbQ-PVA前后的光电性能和形貌,对比了AgNWs裸膜和SbQ-PVA/AgNWs复合薄膜的机械和环境稳定性。结果表明,SbQ-PVA涂层不影响银纳米线网络的导电性,还能起到减小光散射和减反增透的作用,复合薄膜方阻低至约20Ω/sq时,也具有约90%的高透过率。同时,相比于AgNWs薄膜,SbQ-PVA/AgNWs复合薄膜具有更优异的稳定性,其对外部刺激(5000次弯曲、3B铅笔刮擦、空气老化、酸碱盐溶液腐蚀)的抵抗力显著提升。此外,SbQ-PVA/AgNWs复合薄膜能够在去离子水超声处理中保持稳定,利用此特点配合光掩模进一步实现了银纳米线薄膜的图案化。

旋涂法制备银纳米线柔性透明导电膜的研究

采用溶剂热法制备了长度50~170μm,直径50~110nm,长径比超过1000的银纳米线。以自制的银纳米线为导电相,聚醚改性后的聚硅氧烷润湿剂,无水乙醇为溶剂,配制银纳米线墨水。采用两步旋涂法在聚对苯二甲酸乙二醇酯基底上制备柔性透明银纳米线导电薄膜,并研究了旋涂层数、银纳米线浓度和用量、旋涂工艺对导电薄膜光电性能的影响。结果表明:旋涂层数和银纳米线浓度对薄膜的透光性有影响,银纳米线用量和二步旋涂速率对薄膜透光性影响不大,但是上述工艺条件对薄膜的导电性均有影响。在低速50r/s旋涂5s,再以500r/s加速到1000r/s旋涂15s的制备工艺条件下,3.5mol/L银纳米线溶液用量0.3mL且旋涂1层的薄膜在550nm处的透射率和方块电阻分别为87.8%和12.46Ω/□。分别经过800次向内和向外弯曲循环后,薄膜的方块电阻仍然很低。该研究工作为旋涂法制备高性能柔性透明AgNWs导电薄膜提供了指导。

银纳米线SERS快速高灵敏检测水中痕量Hg2+研究

水中痕量重金属汞离子(Hg^(2+))对人类健康会构成严重威胁,因此快速高灵敏检测水中痕量Hg^(2+)具有重要科学意义和实际应用价值。为实现这一目标,研究运用银纳米线(silver nanowires, AgNWs)作为表面增强拉曼散射(Surface-Enhanced Raman Scattering, SERS)基底来快速高灵敏检测水中痕量Hg^(2+)。用旋涂法制备了均匀分布的AgNWs基SERS基底,并用罗丹明6G(Rhodamine 6G,R6G)作为拉曼信标分子,以间接检测水中痕量Hg^(2+)。通过研究SERS活性、稳定性、重现性、选择性、AgNWs直径及pH值对其SERS活性的影响,用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)模拟了AgNWs表面电场分布情况。结果显示,AgNWs基SERS基底具有良好的活性、优异的信号再现性、稳定性和选择性,SERS活性随着直径的增大而增强,对Hg^(2+)的检测限(Detection Of Limit, LOD)达10-11mol/L,远低于美国环境保护署(The U.S. Environmental Protection Agency, EPA)的饮用水Hg^(2+)浓度标准(10-8mol/L)。在低浓度范围内,SERS特征峰强度(R^(2)=0.9919)有良好的线性关系。FDTD模拟结果为试验结果提供了有力的理论支撑,可为水中检测痕量Hg^(2+)提供新策略,在环境监测中具有广阔的应用前景。

基于有限元分析制备的金膜-银纳米线基底在变压器油中糠醛检测中的应用

为提高表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering,SERS)基底的性能,本文采用银纳米线基底,基于有限元分析软件优选了银纳米线的衬底以及直径,结果表明当衬底采用金膜时,基底热点电场模值最大,说明具有最佳的增强效果;同时设计研究了不同直径的银纳米线在金衬底上的增强效果,结果表明当半径从10 nm到75 nm时,增强效果呈现先增强后减弱的效果,在银纳米线直径为45 nm时,增强效果最佳。基于上述研究结果制备了金膜-银纳米线基底,将所制备的基底应用于变压器油中糠醛浓度检测,制备的基底对变压器矿物油中糠醛的最小检测下限能达到1.5 mg/L,为实现变压器运行状态监测具有重要的意义。

银纳米线合成及应用专栏

银纳米线因其优异的导电性、透明性和柔韧性,在柔性传感器、柔性显示器、透明电极等领域得到广泛应用。银纳米线的制备方法主要包括软硬模板法、超声微波辅助制备法、湿化学法和多元醇法等。多元醇法由于低成本、高产率、设备简单、反应条件可控和能大规模制备等优势,成为银纳米线制备中应用最多的方法。银纳米线在推广应用中存在接触电阻大、分散性差的问题,影响了其在柔性传感器中的应用。