尺度可控银纳米线及高耐弯折柔性透明导电膜的制备与特性研究

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随着科技的迅速发展,大面积显示器、触摸屏、薄膜太阳能电池等光电子器件开始朝向柔性化、超薄化方向发展,这使得柔性透明导电膜的需求日益增长。基于银纳米线(AgNWs)的柔性透明导电膜因具有良好的导电性、透光率以及可挠性成为目前的研究热点。AgNWs作为导电材料,其形貌、尺度密切影响着透明导电膜的光电性能,而导电膜除了要求良好的导电性和透光性,具有优良的机械性能是柔性透明导电膜实用化的关键。  本论文针对当前透明导电膜对AgNWs的尺度要求及膜的光电和耐弯折性等要求,开展不同尺度银纳米线的可控制备及高耐弯折、高导电性、高透光率的银纳米线透明导电膜的制备技术研究。采用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见光谱(UV-Vis)、四探针测试仪、原子力显微镜(AFM)等仪器对样品进行了测试与表征。主要研究内容与取得的结果如下:  通过改进一步液相多元醇法,在无添加晶种和控制剂的情况下,制备了平均直径分别为60 nm和100nm,长度可达10~20μm的AgNWs。研究了PVP与AgNO3的摩尔比、反应时间、反应温度以及反应物浓度等因素对AgNWs生长过程的影响,基本实现了AgNWs的可控制备。在多元醇法的基础上探索了一种超细Ag NWs的制备方法,通过优化控制剂KBr的投入时间和投入量,制备了平均直径约为40nm,长度约15~20μm的超细AgNWs。并提出了超细AgNWs的生长机理,即KBr在反应中充当了中间缓释剂的作用,通过控制Ag+的释放速度,有利于AgNWs的各向异性生长。  以制备的不同尺度AgNWs为导电材料,以PET作为基底,采用二步转印法制备了AgNWs/PET柔性透明导电膜。考察了转印压力、AgNWs的直径和长度以及AgNWs的密度对导电膜光电性能的影响。优化条件下制备的AgNWs/PET透明导电膜,其方块电阻为11.5Ω/,透光率可达93.5%,雾度为1.23%。并研究了二次压制过程对导电膜微观结构、光电性能、粘附性以及耐弯折性能的影响。通过二次压制,AgNWs之间及与PET基底形成了良好的界面结合,表面粗糙度大大降低,粘附性增强,在反复弯折46000次后,其方块电阻增加率不到8%,展示了优异的耐弯折性能。本论文的研究成果将极大地促进AgNWs柔性透明导电膜在大面积显示器、薄膜太阳能电池、触摸屏等领域中的广泛应用。
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