科普專欄 / Information

銀基透明導電薄膜的研究進展

透明導電薄膜是一種既透明又導電的特殊材料,被廣泛應用在液晶顯示屏、觸摸屏、發光二極管、太陽能電池等領域以及作為防靜電和電磁屏蔽層。在這些應用中,透明導電膜作為其必不可少的組件,愈來愈多地受到關注。傳統用于制備透明導電材料的ITO的缺陷與不足推動了對新型透明導電膜的研究。在諸多的替代材料中,銀納米線膜可以提供良好的導電性與光的透過率而受到廣泛的關注。為此,新型銀基透明導電膜的研究有着重要的意義與發展前景。

日本大阪大學在2011年就有銀納米線透明電極的應用展示。大阪大學産業化研究所的菅沼研究室開發出了可在類似于PET的低耐熱性塑料基闆上形成透明電極的技術,并在”Printable Electronics 2011”(2011年2月16~18日,東京有明國際會展中心,與“nano tech 2011國際納米科技綜合展暨技術會議”同時舉行)上進行了展示。大阪大學已經确認,該技術可确保與原來相同的透明性和導電性,即使彎折也不會出現電阻上升等問題。目标是應用于有機EL照明展品以及有機太陽能電池等柔性元件專用的透明電極中。

大阪大學開發出了采用銀納米線、但可省去燒結工序的技術。具體方法是,清洗分散在PVP中的銀納米線,将銀納米線上附着的PVP量減至最低。由此,可省去在塗布後蒸發PVP的燒結工序。塗布後隻實施沖壓工序便實現了希望的透明性和低電阻。關于清洗工序,大阪大學稱已對其進行了優化,不過未公布詳情。

近期,固體所研究人員在制備超高長徑比銀納米線方面發現了一種簡易的新方法,并在所獲得高品質銀納米線材料的基礎上,制備了性能光/電性能優異的透明導電薄膜,并将其應用于透明加熱器,成功實現了加熱器加熱溫度、響應時間等性能的調控。銀納米線作為新型透明導電薄膜材料而被廣泛研究。然而,銀納米線結構參數調控難度較大,特别是高端電子器件如觸摸屏等應用需要直徑小于40納米、長徑比大于800的銀納米線,對這類銀納米線的制備極具挑戰性。而高品質銀納米線及透明導電薄膜,可以滿足觸控設備及透明加熱器等的快速響應的需求。

固體所葉長輝研究員課題組研究生冉雲霞等克服了單一鍊長PVP表面活性劑不利于調控銀納米線直徑及長徑比的困難,通過利用混合鍊長PVP作為表面活性劑,在常壓、較低溫度下即可極大地減小銀納米線的直徑,最終獲得了直徑~25nm,長徑比>1000的銀納米線。利用這種超細及超大長徑比的銀納米線制備了具有優異光/電性能的透明導電薄膜,為替代傳統ITO實現新一代柔性光電器件提供了可能。相關結果發表在RSC出版商的《化學通訊》雜志上(Chem.Commu 2014, 50, 14877-14880),并申請了一項國家發明專利(201410453758.0)。在制備了性能優異的銀納米線透明導電薄膜基礎之上,該課題組季書林博士等制作了快速響應的透明加熱器,并實現了1分鐘之内的快速、均勻加熱。研究發現透明加熱器電阻溫度系數對熱響應時間和熱交換系數有重要影響。獲得的快速響應透明加熱器,可應用于除霧玻璃、傳感器或者熱緻變色基底。相關結果發表在Wiley出版商的《Small》雜志上(Small 2014, 10, 4951),并申請了一項國家發明專利(201410206950.X)。

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