Te NWs和Te NWs/MXene的制备及其透明电极性能的研究

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金属纳米线因其良好的柔性和光电性能,被认为是最有可能取代ITO作为柔性透明电极的材料。近年来,碲纳米线(Te NWs)被证实具有高导电率,作为二维材料器件电极,具有去费米能级钉扎效应,是作为柔性透明电极的良好材料。目前,制备Te NWs主要是使用有毒还原剂水合肼或硼氢化钠,而本文使用葡萄糖作为绿色还原剂合成Te NWs,同时葡萄糖也可以作为表面活性剂,减少其他表面活性剂的使用对Te NWs性能的影响,从而提升Te NWs的导电率。此外,Te NWs在空气中不稳定,易氧化。新型二维材料MXene稳定性高、透明性好、导电性好以及机械性好,因此将二者复合制备Te NWs/MXene复合透明电极,通过改变Te NWs和MXene的浓度和厚度,来探究对透明电极性能的影响。主要内容如下:(1)采用水热法以绿色的葡萄糖作为还原剂,亚碲酸钠作为碲源,在没有额外添加表面活性剂的作用下合成Te NWs。通过改变反应温度为90℃、120℃、150℃、180℃,分析Te NWs的形貌和结构变化。实验表明,当反应温度为90℃、120℃和150℃时,Te NWs长度在1-3μm之间,直径随温度的升高而减小。反应温度为120℃时,Te NWs更加柔软,生长的Te NWs的长度和直径均匀,并且温度相对较低。XRD图与标准卡中的Te峰完美重合,并且背景峰和杂质峰低,表明样品纯度高、结晶性好。拉曼存在三种特征峰A1、E1和E2。温度变化对Te NWs的结构没有影响,说明其结构和性质稳定。当温度升高到180℃时,Te NWs变成了Te纳米棒。(2)选用最佳温度120℃来制备Te NWs应用于透明电极。首先研究单独Te NWs透明电极的性能,随着Te NWs浓度的升高,方阻和透射率下降。作为比较,在此基础上喷涂浓度为20 mg/ml的MXene,实验表明添加一定量的MXene后,Te NWs-TCF的导电性能得到改善。特别是在Te NWs浓度较低时,方阻由3909.33Ω/sq降到1200.00Ω/sq,透射率基本不变。为了研究厚度对复合透明电极的影响,将喷涂两层Te NWs与喷涂一层进行对比,其方阻和透射率降低一半,并且随着Te NWs浓度的增加,两者差距逐渐减小,这主要是由于网格之间空隙变小,MXene的作用变弱。综合表明,喷涂一层浓度为20 mg/ml的Te NWs,Te NWs/MXene透明电极性能最优,此时方阻为1200.00Ω/sq,透射率为74.66%。(3)固定Te NWs最优条件不变,研究MXene浓度和厚度对复合透明电极的影响。引入6种不同浓度的MXene,并且依次进行一层和两层的喷涂。实验表明随着MXene浓度和厚度的增加,透射率和方阻减小,最底层的Te NWs逐渐被MXene完全覆盖,看不到Te NWs的形貌。综合上述实验,可以得到Te NWs/MXene复合透明电极的最优条件是Te NWs浓度为20 mg/ml,MXene浓度为10 mg/ml,各喷涂一层,此时方阻为60.00Ω/sq,透射率为70.01%。图50幅,表4个,参考文献75篇。
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