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天津科技大學(xué)劉陽和南開大學(xué)梁嘉杰、紀欣宜《Nano Lett.》:基于界面修飾的策略提高透明可拉伸電極的拉伸性、耐久性和穩(wěn)定性
2022-05-05  來源:高分子科技

  在透明可拉伸電子器件中,透明可拉伸電極有著至關(guān)重要的作用。銀納米線由于其優(yōu)異的導(dǎo)電性和大長徑比,適合用于制備透明可拉伸電極。但是由于剛性銀納米線與柔性基底的模量相差巨大,導(dǎo)致界面相容性差,限制其拉伸性和耐久性。


  作者提出了一種界面修飾的策略:通過納米導(dǎo)電材料與基底的界面修飾,制造具有優(yōu)異拉伸性、耐久性和穩(wěn)定性的透明可拉伸電極。使用含有巰基的化合物N,N''-(丙烯酰)胱胺(BACA)修飾銀納米線,在銀硫配位作用下,BACA可在銀納米線表面形成一層保護層提高其抗腐蝕性。此外,BACA的末端雙鍵還可與柔性基底發(fā)生相互作用,有效緩解拉伸過程中的應(yīng)力集中。該論文報道的基于銀納米線的透明可拉伸電極具有優(yōu)異的拉伸性能(160%),良好的耐久性(在50%應(yīng)變下可循環(huán)230,000次),出色的光電性能(透明度為86.5%時方塊電阻為18.0 ohm·sq?1)和對外界環(huán)境的抗腐蝕穩(wěn)定性。

 

核心創(chuàng)新點


  1. 提出了一種界面修飾的策略,基于銀納米線材料制備出了具有優(yōu)異拉伸性、耐久性和穩(wěn)定性的透明可拉伸電極。


  2. 使用含有巰基的化合物對銀納米線進行修飾,提高了銀納米線對環(huán)境的穩(wěn)定性,以及銀納米線與聚合物的相容性,從而提升了透明可拉伸電極的性能。


1. 界面修飾的設(shè)計策略。a)銀納米線和聚氨酯之間界面的不匹配示意圖;(b),(d)銀納米線/PU基底和修飾后的銀納米線/PU基底在30%應(yīng)變下的應(yīng)力分布模擬結(jié)果;(c)界面修飾策略。

 

2. (a銀納米線/玻璃基底銀納米線-BACA/玻璃基底銀納米線/PU基底和銀納米線-BACA/PU基底的光電性能;(b) 銀納米線/PU基底和銀納米線-BACA/PU基底透明可拉伸電極的應(yīng)變與方塊電阻之間的關(guān)系;(c) 銀納米線/PU基底和銀納米線-BACA/PU基底在未拉伸狀態(tài)和50%拉伸狀態(tài)下的掃描電鏡圖;(d-e銀納米線-BACA/PU基底在不同應(yīng)變速度和不同應(yīng)變大小下電阻的變化;(f-g) 銀納米線/PU基底和銀納米線-BACA/PU基底的循環(huán)穩(wěn)定性;(h) 與其他透明可拉伸電極性能的比較。 



3. 銀納米線-BACA/PU基底透明可拉伸電極和銀納米線/PU基底的抗腐蝕性能對比(a,dg)及掃描照片(bc,efh,i)。

 

4. 基于銀納米線-BACA/PU基底透明可拉伸電極的4×4陣列距離傳感器(a)照片;(b)示意圖;(c)不同拉伸狀態(tài)下性能;(d)對于手部靠近的探測;阢y納米線-BACA/PU基底透明可拉伸電極的發(fā)光器件(e)示意圖;(f)在不同拉伸狀態(tài)下正常工作的照片。

 

  作者提出了一種普適性的界面修飾的策略,并通過使用含有巰基的化合物N,N''-(丙烯酰)胱胺對銀納米線進行修飾,制備得到的透明可拉伸電極的拉伸性、耐久性和穩(wěn)定性得到了大幅度提升。


  該篇論文以Tailoring Silver Nanowire Nanocomposite Interfaces to Achieve Superior Stretchability, Durability, and Stability in Transparent Conductors 為題發(fā)表在 《Nano Lett.》上。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金和天津市自然科學(xué)基金項目的資助與支持。


  論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c00876

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