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中科院苏州纳米所袁伟、福州大学李福山《ACS AMI》:丝网

更新时间:2022-08-20 23:11:59 作者:火狐体育app注册链接 来源:火狐体育官网下载

  银纳米线因其自身易合成、固有的稳定性、良好的光电性能以及出色的机械柔韧性等优点,在柔性透明导电膜和新型光电器件应用中展示了巨大的研究前景。然而应用于显示屏、太阳能电池等领域,都需要将全面的银纳米线导电膜进行相应的图形化使其在特定位置发挥作用并实现对应的功能。目前实现银纳米线图形化的方法主要有:光刻、激光烧蚀、衬底表面处理、微接触印刷、微通道自组装、印刷以及模板辅助真空抽滤,不同的制备方法对银纳米线的图形化都有着较大的影响。因此迫切需要开发简单高效的技术来实现银纳米线的图形化。

  袁伟博士联合福州大学李福山教授利用丝网印刷结合真空抽滤技术实现了高分辨率(50 μm)银纳米线图形化的制备,该方法的优点在于:1. 可以精确调控银纳米线的沉积量从而避免材料的浪费;2. 不破坏银纳米线. 几乎可以满足任意图形化。本工作中将低沉积量(≤15 g/cm 2)的图形化银纳米线薄膜转移到PDMS衬底上,制备的图形化的银纳米线透明导电膜具有良好的导电性、高的光学透过率和出色的机械柔韧性,在可拉伸交流驱动电致发光器件(ACEL)应用方面展现出优异的性能。相关工作以:“Facile and Efficient Patterning Method for Silver Nanowires and Its Application to Stretchable Electroluminescent Displays”发表在《 ACS Applied Materials & Interfaces》上。

  具体设计流程和方案如图1所示,具体步骤如下:(1)第一步,制作图形化丝网印刷网板。图中以玫瑰图形为例,设计好玫瑰图形的网板,在网板中,玫瑰图形所在区域是非镂空区域的,而网板的其他部分是镂空区域;(2)第二步,微孔滤膜表面的丝网印刷。首先通过氧等离子体对微孔滤膜表面进行亲水处理,然后在微孔滤膜表面印刷丝网印刷配置好的PDMS,待 PDMS 加热固化成膜后,即可得到图形化的微孔滤膜。(3)第三步,真空抽滤沉积银纳米线。图形化的微孔滤膜通过真空抽滤的方法,在其表面沉积银纳米线。由于在微孔滤膜表面印刷的PDMS固化后覆盖了微孔滤膜的孔洞,在其表面形成了一层致密的薄膜,因此使得银纳米线在真空抽滤的过程中能够选择性的沉降,即PDMS覆盖的区域银纳米线无法沉降,未被PDMS覆盖的区域,银纳米线均匀沉降,从而得到了所需要的图形化银纳米线:丝网印刷结合真空抽滤制备图形化银纳米线薄膜的工艺流程图

  图2:(a)丝网印刷玫瑰图形PDMS后微孔滤膜的实物图;(b)印刷PDMS层的边界SEM表征图;(c)PDMS覆盖区的SEM表征图;(d)沉积玫瑰图形银纳米线薄膜的实物图;(e)沉积银纳米线的边界SEM表征图;(f)沉积银纳米线薄膜区域的SEM表征图;(g)不同沉积银纳米线薄膜图形的实物图

  在这项研究工作当中,研究者通过热压的方法将低沉积量图形化的银纳米线转移到半固化的PDMS衬底上,制备了银纳米线柔性透明导电膜,并通过控制单位面积银纳米线的沉积量,对制备的透明导电膜的表面形貌、导电性、光学透过率、弯折性、拉伸性以及均匀性进行了系统地表征和研究,在银纳米线时就可以同时实现高透过率(79.6%,在可见光波长为550 nm处)和低方阻(7.3 Ω/sq)。

  图3:(a)图形化银纳米线柔性透明导电膜的制备流程示意图;(b)玫瑰图形的正结构银纳米线柔性透明导电膜实物图;(c)玫瑰图形的反结构银纳米线柔性透明导电膜实物图;(d)柔性透明导电膜的SEM表征图,银纳米线;(e)柔性透明导电膜的AFM表征图,银纳米线;(f)不同银纳米线沉积量对应的转移前后方阻统计直方图;(g)纯PDMS薄膜和不同方阻的银纳米线柔性透明导电膜的光学透过率的表征图

  图4:(a)不同弯折率的柔性透明导电膜的实物图;(b)银纳米线柔性透明导电膜(方阻为7.3 Ω/sq)和PET/ITO单次弯折的性能对比图,插图为银纳米线柔性透明导电膜的弯折性能放大图;(c)不同方阻的银纳米线柔性透明导电膜的弯折PET/ITO弯折循环的性能对比图,插图为不同方阻银纳米线柔性透明导电膜的弯折循环性能放大图;(d)不同方阻的银纳米线柔性透明导电膜的拉伸性能对比图

  此外,研究者通过将制备的柔性透明导电膜作为底和顶电极应用在可拉伸交流电致驱动发光器件上并对其微观截面形貌、发光强度、弯折性能以及拉伸性能进行了表征和研究。制备的电致发光器件具有良好的机械稳定性,在弯折率为40%的情况下,弯折200次后亮度基本保持不变,利用方阻为7.3 Ω/sq柔性透明导电膜制备的电致发光器件在拉伸量为70%,器件的亮度只降低了5.8%。并利用这种简单高效的银纳米线图形化方法制备了一些有趣的发光图形和高分辨的微图案阵列的电致发光器件,最后,受智能显示的启发,我们简单制备了一个大面积智能发光系统,在弯折的过程中仍可以稳定的工作,展示了其在柔性可拉伸显示领域巨大的应用潜力。

  图5:(a)电致发光器件的结构示意图;(b)电致发光器件的截面SEM表征图;(c)银纳米线基电致发光器件和ITO基电致发光器件的性能对比图;(d)电致发光器件的单次弯折性能表征图;(e)电致发光器件的弯折循环的性能表征图;(f)柔性透明导电膜为7.3 Ω/sq电致发光器的单次拉伸性能表征图

  研究者以银纳米线图形化为研究重点,提出了一种全新的丝网印刷结合真空抽滤技术,大大简化了银纳米线图形化难度。此外,通过热压的方法,简单高效地将图形化的银纳米线转移到PDMS衬底上,从而得到具有优异的光电性能和出色的机械稳定性的可拉伸图形化透明导电膜,进一步基于图形化银纳米线透明电极制备得到可拉伸交流驱动电致发光器件,表现出良好的机械柔韧性。

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