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导电银-纳米线光敏聚合物复合材料:3D打印可实现更高的功能
发布:Iron_MAN10   时间:2019/12/31 9:16:32   阅读:138 

近日,研究人员发表的《导电银-纳米线光敏聚合物复合材料的功能打印》中概述了他们的发现,研究人员解释说,聚合物在3D打印中的使用及其存在的固有挑战已经造成了很大的局限性,他们对银-纳米线-聚合物复合材料进行了实验,并指出导电层对于特定的制造需求(例如电子应用)至关重要。然而,复合材料必须具有很强的抗隧穿性(因为电子从一个纳米颗粒转移到另一个纳米颗粒),并且由于结块和强光子吸收等问题,以前的研究人员一直在努力创造出具有合适电导率的材料。对于纳米线,可以采用另一条途径,因为它“绕过了导线方向的隧穿电阻”。

银纳米线(Ag-NW)复合材料提供了要求导电性的“可缩放工艺”,包括:电子产品、触摸屏、集成光伏、先进的光电设备、生物传感器

样品涂有Ag-NW层,用UV光固化,然后通过多元醇路线合成。结果是纳米线展现出高纵横比-在这种情况下为100-1000。树脂在固化时趋于压缩,在聚合过程中,基体的收缩压在纳米线上。缺乏密度还导致纳米线连接和网络的灵敏度更高。
 

坚韧的Ag-NW-聚合物复合材料的表征和2D打印。(a)通过比较三种不同的Ag-NW密度(26 μg / cm2)的Ag-NW网络(黑点)和Ag-NW复合物(红色点)的薄层电阻,聚合物交联对Ag-NW复合物导电性的影响,39 μg / cm2和65 μg / cm2)。在高Ag-NW密度下,可以提高所测薄层电阻的可重复性,但可以减少聚合物涂层对电导率的影响。(b)通过Ag-NW和Ag-NW复合材料传输可见光到近红外光。实线表示纯聚合物或Ag-NW薄膜,而虚线表示Ag-NW复合材料。对于归一化为裸玻璃基板的600nm至800nm之间的所有复合材料,透射率均大于87%。与裸玻璃载玻片相比,聚合物涂层减少了玻璃界面处的散射和反射,从而提高了透射率。(c)生产的聚合物样品的示例性层厚度和粗糙度:纯聚合物层,Ag-NW(7μg/ cm 2)复合材料和聚合物-Ag-NW(22μg/ cm 2)-聚合物多层样品。请注意,20-300 μm之间的层厚度代表功能性打印中的典型厚度。厚度与表面粗糙度之比> 1000:1。(d)空白太阳能电池(单晶60010,Sol-Expert)的照片和光学显微镜图像。用Ulbricht球曝光期间测得的光电流I为650 μA。(e–g)涂层太阳能电池的照片,光学显微镜图像和测得的光电流((e)Ag-NWs,(f)聚合物,(g)复合材料)。

在增加纳米线浓度的过程中,降低了透射率,并在相当低的纳米线浓度下优化了电导率,这表明聚合物基质与Ag-NW网络之间存在“微妙的相互作用”。研究人员还发现,值得注意的是,Ag-NW复合材料的表面粗糙度在110-160nm之间,这归因于聚合物的粗糙度。

研究人员说:“这些结果表明,复合的Ag-NW聚合物材料可以作为导电和透光电极的竞争材料。”
 

样本中的二维(2D)GISAXS模式。(a)Ag-NWs(58 μg / cm2)。(b)涂有紫外线固化聚合物层的Ag-NWs(7μg / cm2)。(c)裸露的紫外线固化聚合物。强度刻度栏显示在右侧。从(a,b)可以看出,从五角形形态的各个方面出发,从样本水平开始的清晰的票价为36°±2°(用红线表示)。(d)模拟Ag-NWs的关键散射特征。(e)硅衬底上的Ag-NW的SEM图像(Ag-NW密度约为120 μg / cm2)。(f)多面Ag-NW的草图(改编自44,45)。(g)强度的水平切割(I(qy,qz1 = 0.63nm-1)),(h)I(qy,qz2 = 0.78nm-1),(i)I(qy,qz3 = 0.96nm-1) )。相应地,将所有切口均归一化为I(0,qz1,2,3)处的强度。颜色代码对应于(a–c)。

在合成的初始阶段,在SEM评估中也证实了五重孪晶种子的形成,具有五边形结构和Ag-NW的孪晶顶部(尽管不适用于该材料)。研究人员通过专用软件模拟了GISAXS模式的关键特征,从而建立了五角形形态。

对于3D打印,研究团队通过Formlabs制造了由Ag-NW和柔性光敏聚合物组成的电容器。他们不仅能够展示3D打印电子产品的潜力,而且还可以证明复合材料在提高功能性方面的作用。
 

柔性Ag-NW复合电容器。(a)电容器截面图。(b)制作的Ag-NW电容器(10×10 mm2 )的照片。白虚线表示横截面的位置,在(a)中显示。(c)弯曲在玻璃棒上的电容器的照片,以显示其柔韧性。(d)具有Ag-NW的剥离的电容器的下部的截面图。
“通过应用两种不同的聚合物,我们制造出了具有不同性能的复合材料,并针对两种特定应用进行了测试。首先,我们通过调整坚韧透明的基于HDDA的聚合物基质中的Ag-NW浓度,优化了Ag-NW复合材料以用作透明顶部触点。研究人员总结说:“我们已经实现了13Ω/ sq的薄层电阻和700nm的90%的相应透射率。” “其次,我们在复合材料中使用了柔性聚合物基体,用于3D打印的柔性电容器。

“大约7pF的容量与大约5pF的估计值非常吻合。我们的表征涉及GISAXS,它可以研究具有高度统计相关性的嵌入式纳米结构和界面。Tis表明,GISAXS可以进一步发展为一种出色的技术,用于研究3D打印和技术相关的薄膜中的嵌入式纳米结构。”

材料科学不断发展,在其中,复合材料已成为许多不同应用程序中提炼功能的重要组成部分。研究人员正在研究各种各样的添加剂,从玻璃纤维到木质素以及其他木质复合材料,而许多不同的材料都具有潜力,例如抗氧化剂。


来源:南极熊
 
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