مقالة منهجية

A طريقة تصنيع الموصلات للمط عالية مع الأسلاك المتناهية الصغر فضة

DOI:

10.3791/53623

⸱

يناير 21, 2016

 ,  , 
1Department of Chemical Engineering, National Taiwan University

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يتم استخدام طريقة توليف بسيطة للحام الأغشية الرقيقة من الأسلاك النانوية الفضية كيميائيا لتصنيع موصلات معدنية عالية التمدد وموصلة.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يتم تحديد الالكترونيات لمط كتقنية أساسية للتطبيقات الإلكترونية في الجيل القادم. أحد التحديات في تصنيع الأجهزة الإلكترونية لمط هو إعداد الموصلات لمط مع الاستقرار الميكانيكية كبير. في هذه الدراسة، قمنا بتطوير طريقة تصنيع بسيط لحام كيميائيا نقاط الاتصال بين الفضة أسلاك متناهية الصغر (AgNW) الشبكات. أودع AgNW nanomesh أولا على شريحة زجاجية عبر طريقة رذاذ الطلاء. تم تطبيق الحبر رد الفعل تتألف من جسيمات متناهية الصغر من الفضة (AgNPs) السلائف على رذاذ المغلفة AgNW الأغشية الرقيقة. بعد التسخين لمدة 40 دقيقة، تم إنشاء AgNPs تفضيلي على تقاطعات أسلاك متناهية الصغر لحام nanomesh AgNW، وعززت شبكة التوصيلي. ثم تم نقل AgNW رقيقة معدلة كيميائيا لمادة البولي يوريثين (PU) ركائز قبل الصب الأسلوب. وملحوم AgNW الأغشية الرقيقة على PU أظهرت أي تغيير واضح في التوصيل الكهربائي تحت تمتد أو رولينز العملية مع استطالة سلالات تصل إلى 120٪.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقد حددت الأجهزة الإلكترونية تشوه مع stretchability كبيرة كما الأجزاء الهامة في تحقيق الالكترونيات يمكن ارتداؤها والمحمولة في الجيل القادم. 1 هذه الأجهزة الإلكترونية لمط تظهر ليس فقط قدرا كبيرا من المرونة لتلك الأجهزة الإلكترونية في اكياس من البلاستيك، 2، 3، ولكن أيضا يحمل ممتاز الأداء في ظل التمدد أو التواء ظروف قاسية. 4 لتحقيق الالكترونيات لمط، مواد ذات الأداء الكهربائي كبير تحت تشوه كبير هو مطلوب. وقد أظهرت التطورات الأخيرة في العلوم المادية إمكانية لتجميع هذه المواد الفنية واستخدمت لهم لتصميم الأجهزة البصرية الالكترونية لمط 5-9 مع التسامح عظيم لتشوهات شكل معقدة. من بين جميع المواد الفنية الإلكترونية، الموصلات لمط ضرورية لتوفير الطاقة الكهربائية لتلك الأجهزة البصرية الالكترونية وبالتالي فهي ذات أهمية حاسمة لأداء الجهاز.لأن المواد إجراء العادية، مثل المعادن أو الإنديوم أكسيد القصدير، وعدم متانة ميكانيكية تحت تشوه كبير، يربط المصنوعة من هذه المواد غير قادرة على إظهار التوصيل الكهربائي جيد في ظل عملية التمدد. وهكذا، ركائز مرنة مغطاة بطبقة رقيقة من مواد موصلة مرنة، مثل أنابيب الكربون، 1 الجرافين، 10 أو AgNWs، مصممة 11-14 للموصلات مع stretchability ممتازة. بسبب الموصلية بالجملة عالية، وقد ثبت AgNW الأغشية الرقيقة لتكون المواد الواعدة للموصلات لمط المركبة. 13 شبكات الراشحة من AgNW الأغشية الرقيقة يمكن أن تستوعب نحو فعال التشوهات المرنة كبيرة في عملية التمدد مع تصرف الكهربائي كبير، ويعتبر كذلك للمط مرشح القطب واعد. لتنفيذ AgNW أفلام رقيقة الموصلات لمط، فمن الضروري أن يكون هناك اتصالات الكهربائية فعالة بين AgNWs. بعد ترسب السائل لد التجفيف على السطوح الركيزة، AgNWs كومة بانتظام معا لتشكيل شبكة الراشحة مع نقاط الاتصال فضفاضة، والتي تسفر في المقاومة الكهربائية الكبيرة. وبالتالي، يحتاج المرء أن يصلب الاتصالات بين أسلاك من ارتفاع في درجة الحرارة أو الضغط العالي أساليب الصلب 15-20 للحد من المقاومة للإتصال به.

وعلى النقيض من هذه العمليات الصلب في الأدب، وهنا، ونحن سوف يبرهن على وجود طريقة كيميائية بسيطة ليصلب AgNW اتصالات الشبكة تحت ظروف المختبر العادية. ويظهر 21 عملية التصنيع في الشكل 4A. ويستخدم الحبر رد الفعل إلى اللبيدة رذاذ المغلفة AgNW الأغشية الرقيقة على طبق من زجاج. بعد رد فعل، وتغطي الاتصالات بين أسلاك من الفضة، وبالتالي يتم ملحوم شبكة AgNW كيميائيا معا. ثم يتم استخدام طريقة الزهر وقشر لنقل شبكة AgNW ملحوم لPU الركيزة لمط لتشكيل موصل مركب، والتي يمكن أن تظهر أي تغيير واضح طن التوصيل الكهربائي حتى في سلالة الشد كبير من 120٪.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. إعداد فضة السلائف الحبر

  1. إضافة 1.85 غرام من ثنائي ايتانول أمين (DEA) في 3.15 مل منزوع الأيونات الماء.
  2. حل 0.15 غرام من نترات الفضة في 5 مل منزوع الأيونات الماء.
  3. خلط مائي محلول نترات الفضة مع DEA في نسبة 1: 1 وحدة التخزين لديك السلائف الحبر 10 مل الفضة الحق قبل الاستخدام.

2. تصنيع لمط موصل الرقيقة

  1. إعداد الحبر AgNW
    1. تمييع 2 مل من 0.5٪ بالوزن AgNWs في الأيزوبروبانول مع 18 مل منزوع الأيونات الماء.
    2. وضعه في حمام بالموجات فوق الصوتية لمدة 30 ثانية عند 25 درجة مئوية.
  2. تصنيع AgNW الأغشية الرقيقة التي كتبها لصناعة السيارات في رذاذ الطلاء
    1. خفض مستوى شرائح المجهر إلى قطع متساوية في الحجم إلى 1 × 2.5 سم 2. إعداد 16 قطعة زجاج من هذا الحجم وتنظيفها مع الأنسجة تنظيف عدسة المبللة الإيثانول.
    2. نقل 16 مل AgNW الحبر (من الباب 1) في الكأس الطلاء من airbrعش مع ماصة. جبل البخاخة على الروبوت الكمبيوتر التي تسيطر عليها لرذاذ الطلاء.
    3. وضع 8 من قطع الزجاج في الترتيب 4 × 2 على المسرح واصلاحها مع ناقلة مقاومة للحرارة. وتبلغ المساحة الإجمالية لجميع ركائز الزجاج على المسرح هي 4 × 5 سم 2.
    4. ضبط ضغط العمل والتدفئة درجة الحرارة المرحلة 3 بار و 100 ° C، بشكل منفصل.
    5. فتح برنامج حاسوبي لمراقبة الروبوت. انقر لتحديد تسلسل الأوامر حركة الفرشاة تحت عمود "القيادة". اكتب معلمات الإدخال اللازمة لاستكمال برنامج الرش التلقائي كما هو مبين في الشكل 1. تشغيل البرنامج.
      ملاحظة: "الخط السريع" الأمر يجعل السفر البخاخة في 200 ملم / ثانية. من قبل "فرشاة منطقة" الأمر، البخاخة تتحرك ذهابا وإيابا في اتجاه الجانب القصير من مجموعة الركيزة الزجاج بينما يتحرك المرحلة على طول اتجاه الجانب البعيد والفضاء بين اثنين من السكتات الدماغية هي 5 مم. "ابدأ لاين" و "لينالبريد النهاية "أوامر تحديد مواقع الانطلاق ونقطة نهاية لعملية الرش التلقائي. مواقف منها تعتمد على موقف مجموعة الركيزة الزجاج على المسرح. و" يحدد انتظر نقطة "القيادة وقت الانتظار 20 ثانية في في نهاية كل دورة رش السيارات. "حلقة عنوان" تمكين القيادة دورات رذاذ متعددة وعدد من دورات رش السيارات هو 15 مرة. تعليمات أكثر تفصيلا من الأوامر يمكن العثور عليها في بروتوكول الشركة المصنعة.
    6. تغيير عدد من الدورات رش السيارات إلى 30 مرة. كرر الخطوات من 2.2.3 - 2.2.5 لصنع AgNW أفلام رقيقة من 30 دورات الرش.
    7. بعد رذاذ الطلاء، خبز الفضة أسلاك متناهية الصغر الأغشية الرقيقة على طبق ساخن عند 120 درجة مئوية لمدة 10 دقيقة.
  3. عملية لحام الكيميائية
    1. يلقي 400 ميكرولتر من السلائف الحبر الفضة فوق بعضها الفضة أسلاك متناهية الصغر فيلم المغلفة بالرش رقيقة على الركيزة الزجاج.
    2. خبز الأفلام على طبق ساخن عند 100 &# 176؛ C لمدة 40 دقيقة.
    3. شطف الطلاء رد الفعل بعناية مع الماء منزوع الأيونات لإزالة بقايا المواد الكيميائية خامل والهواء الجاف الأفلام المغلفة.
  4. الزهر تقشير عملية
    1. يلقي 200 ميكرولتر المياه القائمة المتاحة تجاريا PU مستحلب على كل طبقة رقيقة نانو مركب الفضة على الركيزة الزجاج.
    2. الهواء الجاف الأفلام لمدة 10 ساعة لضمان التصلب الكامل.
    3. تقشر عينات من ركائز الزجاج عن الأفلام بذاتها مركب.

3. توصيف

  1. تمتد اختبار
    1. تشغيل المرحلة الخطية الآلية وانتظر 10 دقيقة للجهاز في عملية الاحماء.
    2. فتح برنامج حاسوبي لمراقبة المرحلة. تعيين عدد من الخطوات تتحرك للمحرك كما 8000. انقر على زر "X +" في برنامج حاسوبي لمراقبة المرحلة لتحريك المرحلة المتنقلة حتى يلمس المرحلة الثابتة وانقر على زر "SET 0" لتعيين موضع رانه مرحلة الجوالة صفر في برنامج حاسوبي لمراقبة المرحلة.
      ملاحظة: المرحلة المتنقلة تتحرك 0.00125 مم في خطوة واحدة من السيارات. على سبيل المثال، فإن المرحلة المتنقلة يتحرك 1 سم إذا كان يتحرك المحرك 8000 الخطوات. علامة الجمع من "X +" يعني أن التحركات المرحلة المتنقلة في اتجاه الاقتراب من مرحلة ثابتة في حين أن علامة سلبية من "X-" يعني التحرك بعيدا عن مرحلة ثابتة.
    3. انقر على زر "X-" لتحريك المرحلة المتنقلة إلى ترك 1 سم المسافة بين المسرح المتنقلة والثابتة. تأمين طرفي العينة مع أصحاب السلكية على مراحل. وبالتالي، فإن المنطقة الممتدة من العينة هي 1 × 1 سم 2. يظهر الإعداد للآلة تمتد في الشكل 2.
    4. استخدام مقاطع التمساح، والتي هي غايات أخرى من الكابلات الأسلاك لحاملي المرحلة (الشكل 2)، للاتصال الرقمي المتعدد لقياس مقاومة.
    5. تعيين عدد من الخطوات الحركة للمحرك كما 800. انقر على زر "X-" إلى وسائل التحققالبريد المحمول المرحلة 1 مم (سلالة 10٪) على الأقل من مرحلة ثابتة على امتداد العينة وتسجيل المقاومة. كرر هذه الخطوة حتى يزيد من مقاومة إلى حد كبير (~ 150٪ سلالة).
  2. اختبار الاستقرار
    1. إعداد الاختبار كما في الخطوات 3.1.2 - 3.1.4.
    2. فتح البرنامج الرقمي المتعدد. ربط متعدد الرقمية إلى الكمبيوتر. الصحافة لفترة طويلة يظهر الزر "REL Δ" على رقمي متعدد حتى رمز الكمبيوتر في الزاوية اليسرى العليا من الشاشة الرقمي المتعدد. انقر على زر "اتصال USB" في البرنامج المتعدد الرقمية والبرنامج يبدأ في تسجيل مقاومات قياس.
    3. إدخال الأوامر في حقول الإدخال في لوحة برنامج حاسوبي لمراقبة المرحلة كما هو مبين في الشكل (3) الأمر. ": U-4000" وسيلة لنقل مرحلة النقالة 4000 على بعد خطوات من مرحلة ثابتة بينما الأمر: وسائل "U4000" لتحريك المرحلة النقالة 4000 خطوات إلى الوراءإلى مرحلة ثابتة (4000 لسلالة 50٪، 8000 لسلالة 100٪). عدد دورات تمتد 15 مرة. السرعة الافتراضية للمرحلة الجوالة هي 1 ملم / ثانية.
    4. انقر على زر "تشغيل 123" في لوحة برنامج حاسوبي لمراقبة مرحلة تنفيذ البرنامج التلقائي. التحركات المرحلة المتنقلة في حركة ترددية لتمتد العينة مع دورات استطالة الموجي الثلاثي.
    5. انقر على أيقونة حفظ في البرنامج المتعدد وتصدير البيانات من لمحات رد المقاومة باعتبارها ملف .xls.
  3. الصمام اختبار الإضاءة
    1. إعداد الاختبار كما في الخطوات 3.1.2 - 3.1.3. ربط أصحاب السلكية في سلسلة مع LED وإمدادات الطاقة.
    2. بدوره على امدادات الطاقة. زيادة الجهد إلى 9 V لتضيء LED.
    3. انقر على زر "X-" لتحريك المحمول المرحلة 1 ملم (10٪ سلالة) بعيدا عن مرحلة ثابتة على امتداد العينة والتقاط صورة لتسجيل سطوع LED. كرر هذه الخطوة حتىضوء LED يصبح خافت. كن حذرا من أن صناعة السيارات في التعرض للكاميرا يجب إيقاف في حين التقاط الصور.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يظهر مورفولوجية AgNW رقيقة بعد عملية لحام الكيميائية في الشكل 4B. AgNPs تعافى ينمو بشكل تفضيلي على سطح AgNWs والتفاف على تقاطعات الأسلاك / الأسلاك. الشكل 5 يظهر التباين في ورقة المقاومة مع سلالات استطالة التطبيقية لunsoldered والأغشية الرقيقة ملحوم تحتوي على كمية مختلفة من AgNWs. بعد عملية لحام الكيميائية، يمكن AgNW الموصلات رقيقة الحفاظ على الموصلية عالية تحت ظروف الضغط العالية، بغض النظر عن مقدار رش من AgNWs. تظه...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

عملية كيميائية لحام يمكن أن تساعد في تعزيز الاتصال بين أسلاك الفضة. كما هو مبين في الشكل 4B، وتغطي تقاطعات الأسلاك / الأسلاك مع الفضة بعد تطبيق الفضة الحبر رد الفعل على رذاذ المغلفة AgNW رقيقة. ويعتمد الانتعاش الفضة بقوة على الفورمالديهايد الناتجة عن تدهور DEA، ويمكن تسريع وبالتالي عملية لحام أو الحد من الفضة مع زيادة درجة الحرارة. 22 لأن الأسطح المعدنية من AgNWs توفر مواقع فعالة تبادل الإلكترون، ويتم تخفيض الفضة النانوية تفضيلي على طول الأسطح AgNW ، وا...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعرب المؤلفون عن امتنانهم للدعم المالي المقدم من وزارة العلوم والتكنولوجيا.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
الأسلاك النانوية الفضيةSigma-Aldrich778095-25MLAgNW ، قطرها 120 نانومتر وطولها 20-50 مم ، 0.5٪ بالوزن في IPA
الكريستال الفضينترات ماكرون للكيماويات الدقيقةMK216903
DiethanolamineSigma-AldrichD8885-500G
مستحلب البولي يوريثينالأول 20130326036 الكيميائي35٪ بالوزن من البوليستر الأنيوني المائي والبولي يوريثين مستحلب
البخاخةتايوان البخاخة & معداتAFC-sensor 
موزع روبوت سطح المكتبTechDT-200   ؛
وحدة تحكم الموزع الرقميDispenser Tech9000E 
برنامج الرش التلقائيموزع التكنولوجياروبوت ذكي تحرير الإصدار 3.0.0.5
ضاغط الهواء بوما الصناعيةNCS-10  
المرحلة الخطية الآليةTANLIAN E-Oمخصص
للتحكم في المرحلةTANLIAN EOمقياس
مخصص HILA INTERNATIONALDM-2690TU
برنامج رقمي متعددHILA INTERNATIONAL
NA مزود الطاقةCHERN TAIHCT-605
LEDhttp://www.pcstore.com.tw/sun-flower/M08330766.htmM08330766 PChome
رقمي متعدد NA

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Rogers, J. A., Someya, T., Huang, Y. Materials and mechanics for stretchable electronics. Science. 327 (5973), 1603-1607 (2010).
  2. Mazzeo, A. D., et al. Paper-based, capacitive touch pads. Adv. Mater. 24 (21), 2850-2856 (2012).
  3. Yang, C., et al. Silver nanowires: from scalable synthesis to recyclable foldable electronics. Adv. Mater. 23 (27), 3052-3056 (2011).
  4. Sekitani, T., Someya, T. Stretchable, Large-area Organic Electronics. Adv. Mater. 22 (20), 2228-2246 (2010).
  5. Lipomi, D. J., Tee, B. C., Vosgueritchian, M., Bao, Z. Stretchable organic solar cells. Adv. Mater. 23 (15), 1771-1775 (2011).
  6. Liang, J., Li, L., Niu, X., Yu, Z., Pei, Q. Elastomeric polymer light-emitting devices and displays. Nat. Photonics. 7 (10), 817-824 (2013).
  7. White, M. S., et al. Ultrathin, highly flexible and stretchable PLEDs. Nat. Photonics. 7 (10), 811-816 (2013).
  8. Chang, I., et al. Performance enhancement in bendable fuel cell using highly conductive Ag nanowires. Int. J. Hydrogen Energ. 39 (14), 7422-7427 (2014).
  9. Yan, C. Y., et al. An Intrinsically Stretchable Nanowire Photodetector with a Fully Embedded Structure. Adv. Mater. 26 (6), 943-950 (2014).
  10. Lee, M. S., et al. High-performance, transparent, and stretchable electrodes using graphene-metal nanowire hybrid structures. Nano Lett. 13 (6), 2814-2821 (2013).
  11. Xu, F., Zhu, Y. Highly conductive and stretchable silver nanowire conductors. Adv. Mater. 24 (37), 5117-5122 (2012).
  12. Yun, S., Niu, X., Yu, Z., Hu, W., Brochu, P., Pei, Q. Compliant silver nanowire-polymer composite electrodes for bistable large strain actuation. Adv. Mater. 24 (10), 1321-1327 (2012).
  13. Lee, P., et al. Highly stretchable and highly conductive metal electrode by very long metal nanowire percolation network. Adv. Mater. 24 (25), 3326-3332 (2012).
  14. Akter, T., Kim, W. S. Reversibly Stretchable Transparent Conductive Coatings of Spray-Deposited Silver Nanowires. ACS Appl. Mater. Interfaces. 4 (4), 1855-1859 (2012).
  15. Madaria, A., Kumar, A., Ishikawa, F., Zhou, C. Uniform, highly conductive, and patterned transparent films of a percolating silver nanowire network on rigid and flexible substrates using a dry transfer technique. Nano Res. 3 (8), 564-573 (2010).
  16. Lee, J., et al. Room-Temperature Nanosoldering of a Very Long Metal Nanowire Network by Conducting-Polymer-Assisted Joining for a Flexible Touch-Panel Application. Adv. Funct. Mater. 23 (34), 4171-4176 (2013).
  17. Tokuno, T., et al. Fabrication of silver nanowire transparent electrodes at room temperature. Nano Res. 4 (12), 1215-1222 (2011).
  18. Garnett, E. C., et al. Self-limited plasmonic welding of silver nanowire junctions. Nat. Mater. 11 (3), 241-249 (2012).
  19. Zhu, S., et al. Transferable self-welding silver nanowire network as high performance transparent flexible electrode. Nanotechnology. 24 (10), 1321-1327 (2013).
  20. Han, S., et al. Fast Plasmonic Laser Nanowelding for a Cu-Nanowire Percolation Network for Flexible Transparent Conductors and Stretchable Electronics. Adv. Mater. 26 (33), 5808-5814 (2014).
  21. Chen, S. P., Liao, Y. C. Highly stretchable and conductive silver nanowire thin films formed by soldering nanomesh junctions. Phys. Chem. Chem. Phys. 16 (37), 19856-19860 (2014).
  22. Chen, S. P., Kao, Z. K., Lin, J. L., Liao, Y. C. Silver conductive features on flexible substrates from a thermally accelerated chain reaction at low sintering temperatures. ACS Appl. Mater. Interfaces. 4 (12), 7064-7068 (2012).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

LED

مقالات ذات صلة