添加時間:2020/12/04
透明導體(TC)是既有較高的透光率、又有優良導電能力的功能薄膜。它是平面顯示器、有機發光二極管(OLED)和太陽能電池等電子與光伏器件的關鍵原件之一。目前,ITO(銦錫氧化物)薄膜是應用最廣泛的TC,但是ITO薄膜在應用上存在銦資源短缺、薄膜加工成本高、在柔性基底上容易碎裂等問題。為了克服ITO的缺陷、滿足新一代柔性器件的需要,近年來人們已經研究了幾種可替代ITO的TC材料,例如導電聚合物、碳納米管、石墨烯和Ag納米線(Ag-NW)。其中,Ag-NW具有優異的機械性能、光學性能和導電性能,而且其制備成本低(可通過化學法合成)、并可通過溶液法(如旋涂、涂布等)加工成透明薄膜。因而,Ag-NW薄膜特別具有吸引力,是最有希望的下一代TC。然而,Ag-NW通常采用多元醇還原法合成,在合成過程中需要使用高分子配體聚乙烯吡諾烷酮(PVP)來作為Ag-NW的結構導向劑和穩定劑。因此,Ag-NW被加工成薄膜后中,殘留在其表面的PVP絕緣層會導致在Ag-NW與Ag-NW的接觸處形成了非理想的Ag-PVP-Ag界面,從而產生較高的接觸電阻,惡化Ag-NW透明薄膜的導電能力。此外,銀是較活潑的金屬、在大氣環境下容易氧化,從而導致Ag-NW透明薄膜的穩定性差。因此,如何有效解決這兩個難題是Ag-NW透明薄膜邁向實際應用亟待解決的挑戰。
近日,湖南大學化學化工學院的段鑲鋒教授、胡家文教授和物理與微電子科學學院的胡偉助理教授,在化學類頂級期刊J. Am. Chem. Soc.上發表了題目為“Direct Room Temperature Welding and Chemical Protection of Silver Nanowire Thin Films for High Performance Transparent Conductors”的文章,報道了以室溫直接焊接和化學保護方式,來大大提高Ag-NW透明薄膜的導電性和穩定性的研究。研究發現,用NaBH4溶液處理Ag-NW透明薄膜,可以有效移除Ag-NW表面殘留的PVP絕緣配體,在Ag-NW與Ag-NW接觸處形成干凈的Ag-Ag界面,從而提高Ag-NW透明薄膜的導電能力。在處理后的Ag-NW透明薄膜表面進一步修飾致密、疏水的十二烷基硫醇(DT)保護層后,保護層可以有效隔離空氣中的水分及腐蝕性成分(如含硫化合物)對Ag-NW透明薄膜的腐蝕和氧化,從而大大提高了Ag-NW透明薄膜的穩定性。該研究提供了一種溫和的、室溫溶液焊接和保護Ag-NW透明薄膜的方法,可以顯著提高Ag-NW透明薄膜的導電性和穩定性,同時不影響其透明度,從而為Ag-NW透明薄膜的實際應用邁出了重要一步。
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