銀納米線複合透明導電薄膜性能協同提升研究

《銀納米線複合透明導電薄膜性能協同提升研究》是依託復旦大學，由金雲霞擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：銀納米線複合透明導電薄膜性能協同提升研究
• 依託單位：復旦大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：金雲霞

項目摘要

銀納米線透明導電薄膜（TCF）具有優異的導電性、柔韌性、與低成本大規模液相成膜工藝的兼容性，是一種極具潛力的氧化銦錫（ITO）替代材料。本項目採用既不溶於水也不溶於有機溶劑的多糖與小分子抗氧化性羧酸或胺/氨的複合物這一全新體系，低溫下，通過與大規模液相成膜工藝兼容且較簡單的溶液法工藝，與銀納米線構建透明導電複合薄膜。不以犧牲薄膜某項性能為代價改善其他性能，同時提高銀納米線透明導電薄膜與基底間粘附性、薄膜表面平整性、高溫高濕環境下穩定性，且保持或增強導電性。項目將重點研究含胺基或羧基難溶性多糖在小分子羧酸及胺/氨調節下溶解性的變化，以及複合薄膜組成、組分間相互作用、組分間三維拓撲結構與透明導電複合薄膜粘附性、平整性、穩定性和導電性的調控關係，揭示複合薄膜性能調控的作用機制，為高性能銀納米線透明導電複合薄膜的結構設計、製備方法、性能提升和套用提供新的思路和科學依據。

結題摘要

近年來柔性電子發展快速，尤其是在穿戴電子、腦機接口、皮膚電子、植入電子等領域，有望打造未來智慧型生活。電極是各種柔性電子器件的重要基礎部分，用於傳導電流，傳遞信號等。而像柔性顯示、無感醫療、多功能植入光遺傳器件等還要求一定的光透過性。因此，柔性且透明的電極不可或缺。基於優秀的導電性、柔性以及低成本的溶液法製備工藝，銀納米線網路是最有望取代傳統硬性金屬氧化物透明電極而用於各種柔性器件的材料之一。但其穩定性較差，或提高穩定性的同時導電性下降，制約了其進一步套用。本項目我們發展了一種頂層複合生物相容的且納米級厚度的聚合物的方法，優選了一種既能有效提高透明電極穩定性和降低粗糙度，又能很好維持甚至提高薄膜原有導電性的體系，實現了一種綜合性能優秀的柔性銀納米線透明導電薄膜的製備，並探討了其中的作用規律和機理。我們選取了成膜性好、生物相容性佳的殼聚糖作為主體材料，並與不同的有機羧酸小分子配合，製備成能溶於水的均一溶液以方便低成本、高效率的溶液法薄膜製備工藝。我們發現複合薄膜的性能主要取決於與殼聚糖配合的羧酸小分子結構和比例以及殼聚糖層厚度。最佳化後的組別，比如銀納米線-殼聚糖-乳酸構成的複合薄膜，頂層絕緣層僅15.6 nm時，薄膜從僅能經受數秒水相超聲提高到能同時經受水和有機溶劑的高功率超聲，直至數十小時後，位於基底上的導電層依然完好不脫落。進一步的高溫高濕、持續高溫、大面積表面掃描等實驗表明，複合薄膜在85 ℃/85%RH條件下一個月導電性變化小於30%，180度下穩定達數十小時，50μm*50μm大面積範圍內均方根粗糙度小於10 nm，且薄膜整體光電性能與氧化銦錫商品化透明電極相當。進一步，製備的複合薄膜成功用於太陽能電池、觸摸感測器等。本項目製備了目前為止文獻報導的最穩定的銀納米線透明導電薄膜，為銀納米線薄膜性能提升提供了新的解決方案和思路，使得其有望更好的服務於未來智慧型信息化領域。