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。

基于微结构的银纳米线透明导电薄膜的光电性能

首先,采用光刻技术并结合湿法刻蚀工艺,在玻璃衬底上制备出蜂窝状分布的圆台阵列微结构,从占空比和反射、透射光线分布的角度分析其光学性能。然后,采用水热法制备银纳米线,并对样品进行X射线衍射（XRD）物相分析和扫描电子显微镜（SEM）微观形貌表征,得到平均直径为80 nm、长度为110μm、长径比大于1 000的超细长银纳米线。最后,通过浓硫酸和双氧水的混合溶液对微结构表面改性,并采用变速旋涂法将银纳米线与微结构完美嵌合,从而制备出基于玻璃衬底上圆台阵列微结构的银纳米线透明导电薄膜,其光电性能优良,测得其可见光透过率为85.97%、方块电阻平均值为23.1Ω/□。

银纳米线透明导电薄膜的失效机理研究

银纳米线透明导电薄膜材料作为新兴的无铟电极材料,以其优越的光电性能和力学柔韧性,在显示器件、触控面板、太阳能电池、智能加热和电磁屏蔽等领域崭露头角,吸引越来越多的来自科研界及产业界的关注。然而,银纳米线透明导电薄膜在应用中面临着较为严重的稳定性问题,主要表现为容易被痕量含硫气体腐蚀,在300℃以上的温度下纳米线出现断裂和球形化等结构失稳现象,在紫外光照条件下腐蚀及球形化加剧,在加载电场条件下出现离子迁移并产生孔洞及断裂现象。本文详细介绍了以上各种失效现象,分析了失效的微观机制,介绍了解决各种失效现象的具体措施。银纳米线透明导电薄膜失效行为的研究,有助于进一步推动该材料的实际应用进程。

银纳米线透明导电薄膜的制备及其性能优化

随着柔性光电子技术的不断发展,传统的脆性氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜材料已不能满足应用要求。银纳米线(Ag nanowires,AgNWs)透明导电薄膜因具有优异的导电性、透光性和机械性能,在柔性光电子器件中将具有广阔的应用前景。首先总结了AgNWs透明导电薄膜的成膜工艺方法,包括迈耶尔棒涂法、喷涂法、卷对卷涂布法、真空抽滤法和印刷法等。然后,从提高AgNWs透明导电薄膜的光电性能、稳定性、机械性能和与基材的附着力4个方面出发,介绍了各种性能优化处理工艺。最后,展望了AgNWs透明导电薄膜制备及性能优化的未来发展方向。

定向排列的银纳米线透明导电薄膜制备技术研究进展

由于AgNWs具有优异的导电性,透光性以及柔韧性所以在替代成本高昂和资源较少的ITO薄膜上具有广阔前景。然而,由于涂布在透明基片上的AgNWs呈现不均匀分布以及在退火处理的过程中会出现咖啡环效应,使得薄膜的方块电阻不均匀;另外,由于电学性能的不均匀,会引起电迁移和电致焦耳热不均匀,造成透明导电薄膜局部银纳米线的熔断。为了解决银纳米线的分布不均匀问题,有研究人员提出了定向排布银纳米线的思路。目前,定向排布AgNWs的方法主要有:丝网印刷、光刻法、电流体喷射印刷法、水浴提拉、微流体定向、定向搅拌等方法。本文主要介绍这五种方法的原理及研究进展,简单分析了目前制备过程中仍然存在的一些问题,并对其未来的发展方向与应用前景进行了展望。

石墨烯银纳米线透明导电薄膜的制备进展

透明导电薄膜是触摸器件以及液晶显示器等的重要组成部分,制备透明导电薄膜的材料主要有金属氧化物、导电聚合物、碳材料、金属材料和复合材料等。其中,一维银纳米线和二维石墨烯材料制备透明导电薄膜具有光电性能优异、化学性能稳定和柔韧性好等特点,有望应用于柔性电子设备中。介绍了石墨烯银纳米线透明导电薄膜常用的制备方法:旋涂法、真空抽滤法、棒涂法、喷涂法、滴涂法等5种以及各种制备方法的优缺点;总结了石墨烯银纳米线复合薄膜的应用领域;展望了石墨烯银纳米线透明导电薄膜的发展前景。

合肥研究院实现银纳米线透明导电薄膜制备及加热器性能调控

近期,中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所研究人员在制备超高长径比银纳米线方面发现了一种简易的新方法,并在所获得高品质银纳米线材料的基础上,制备了光/电性能优异的透明导电薄膜,并将其应用于透明加热器,成功实现了加热器加热温度、响应时间等性能的调控。银纳米线作为新型透明导电薄膜材料而被广泛研究。

银纳米线透明导电薄膜在触控单元的应用与挑战

采用卷对卷涂布机湿法涂布制备的银纳米线薄膜,其薄膜方阻可低至40Ω/□以下,在400~700 nm可见光波段透过率89%以上,环境测试性能稳定,高温高湿及抗紫外(QUV)测试,方阻变化率小于15%,耐弯折性能优异,可满足触控设备的柔性化,大尺寸化的发展需求。同时研究发现,采用黄光湿法刻蚀银纳米线薄膜,传统刻蚀液无法有效刻蚀银线。采用激光干法刻蚀时,刻蚀沟道宽度与银线长度相当,则存在沟道阻抗变化较大的问题。这些问题阻碍了银纳米线薄膜的产业化应用,需尽快解决,使银纳米线薄膜真正成为柔性化可穿戴触控设备的重要透明导电材料。

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。

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。

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。

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。

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)。

银纳米线柔性透明导电薄膜的制备

采用多元醇法制备了直径约40 nm、长径比约300的银纳米线.以聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯(polyethylene terephthalateco-1,4-cylclohexylenedimethylene terephthalate,PETG)膜为基底,采用旋涂法制备了银纳米线柔性透明导电薄膜,探究了不同辅助成膜剂对成膜性能的影响.发现以黄原胶为辅助成膜剂制备的银纳米线薄膜具有较理想的透明性和导电性;银纳米线分散液沉积密度对银纳米线薄膜的透明性和导电性有重要影响,当沉积密度为10 mg/cm2时,银纳米线薄膜的透光率和导电性能最优;弯曲测试结果表明,银纳米线薄膜具有很好的柔韧性.

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。

高长径比银纳米线的制备及其透明导电薄膜的性能

采用简单高效的一步多元醇法以FeCl_3·6H_2O为成核控制剂,在低温、静置的条件下成功合成了产量高、形貌尺寸均匀、银线平均长度80~110μm、平均直径为40~80 nm,长径比大于1000的高长径比Ag纳米线。将制得银纳米线通过无水乙醇分散,得到一系列质量体积浓度的银线分散液,利用旋涂装置在PET上制备成膜,得到薄膜方阻仅6Ω/sq、可见光透过率80%左右性能良好的银纳米线透明导电薄膜,并探讨了旋涂层数、旋涂速度对各质量体积浓度薄膜性能的影响。

纳米银线柔性透明导电薄膜的制备与研究进展

纳米银线因具有优异的光电性能和机械性能,使其有望在柔性透明导电薄膜领域成为ITO的替代材料。简述了纳米银线柔性透明导电薄膜的结构和基本性质,重点介绍了近年来制备纳米银线柔性透明导电薄膜的几种方法,简单分析了纳米银线柔性透明导电薄膜的应用研究进展和目前该领域研究中所面临的问题。最后,对纳米银线柔性透明导电薄膜的应用前景和发展方向进行了展望。

丝网印刷法制备纳米银线透明导电薄膜

以高纯纳米银线作为导电介质,采用低成本丝网印刷法在普通透明玻璃基底上制备纳米银线薄膜层。经低温退火处理后,采用冷场发射扫描电子显微镜对薄膜的形貌进行表征;分别采用紫外可见分光光度计和四探针测试仪对薄膜的光学透过率和导电性能进行测试。实验系统研究了印刷浆料中纳米银线的含量、印刷层数和退火温度对薄膜的光学透过率和导电性能的影响。当印刷浆料中纳米银线的含量为3%(w/w),印刷层数达到3层,经低温275℃退火后,可制备出光电性能良好的纳米银线薄膜,该薄膜最大可见光透过率为39.4%,表面方块电阻仅为25.6Ω·□^(-1)。

高长径比银纳米线的制备及其透明导电薄膜性能

为改善产品长径比,本文在经典多元醇法的基础上,经过常压滴注路线和密闭溶剂热路线分别制备银纳米线。详细讨论了反应时间、反应气氛及反应物投料比等相关参数对银纳米线的产率和长径比的影响。发现密闭溶剂热法在缓解环境污染的同时降低了生长过程中的扰动,所得银纳米线平均直径约55 nm,长度约65μm,长径比接近1 200。以之制备的透明导电薄膜的方阻仅6Ω,波长550 nm下透光度为78. 6%,品质因数(FOM)高达246,优于常压滴注路线。