Articolo metodologico

Un metodo di fabbricazione di conduttori è molto estensibile con argento Nanofili

DOI:

10.3791/53623

⸱

21 gennaio 2016

 ,  , 
1Department of Chemical Engineering, National Taiwan University

In questo articolo

Sommario

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Un semplice metodo di sintesi viene utilizzato per saldare chimicamente il film sottile di nanofili d'argento per fabbricare conduttori metallici altamente estensibili e conduttivi.

Abstract

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Elettronica elastica sono identificati come una tecnologia chiave per applicazioni elettroniche nella prossima generazione. Una delle sfide nella fabbricazione di dispositivi elettronici estensibili è la preparazione di conduttori estensibili con grande stabilità meccanica. In questo studio, abbiamo sviluppato un semplice metodo di fabbricazione di saldare chimicamente i punti di contatto fra l'argento nanowire (AgNW) le reti. AgNW nanomesh stato depositato su un vetrino con metodo di rivestimento a spruzzo. Un inchiostro reattivo composto di nanoparticelle d'argento (AGNPS) precursori è stato applicato sopra lo spray rivestita film sottili AgNW. Dopo il riscaldamento per 40 minuti, sono stati AGNPS preferenzialmente generati negli incroci nanowire per saldare il nanomesh AgNW, e rafforzato la rete di conduzione. Il film sottile AgNW modificati chimicamente è stato poi trasferito in poliuretano (PU) substrati con il metodo di fusione. I film sottili saldati AgNW su PU esibito alcun cambiamento evidente nella conduttività elettrica sotto stiramento o rolling processo con allungamento ceppi fino al 120%.

Introduzione

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Dispositivi elettronici deformabili con grande elasticità sono stati identificati come parti critiche alla realizzazione di elettronica indossabile e portatile nella prossima generazione. 1 Tali dispositivi elettronici estensibili mostrano non solo una grande flessibilità come quei dispositivi elettronici su fogli di plastica, 2, 3, ma anche esporre eccellente prestazioni in gravi condizioni di stretching o torsioni. 4 Per realizzare gli elettronica elastica, è necessario materiali con ottime prestazioni elettrico sotto grandi deformazioni. I recenti progressi nella scienza dei materiali hanno dimostrato la possibilità di sintetizzare tali materiali funzionali e li hanno utilizzati per la progettazione di dispositivi optoelettronici estensibili 5-9 con grande tolleranza alle deformazioni di forma complessa. Tra tutti i materiali elettronici funzionali, conduttori estensibili sono necessari per fornire energia elettrica ai dispositivi optoelettronici e quindi sono di importanza critica per le prestazioni del dispositivo.Poiché materiali conduttori regolari, come metallo o ossido di indio e stagno, mancanza di robustezza meccanica ai grandi deformazioni, interconnessioni in queste materie sono in grado di mostrare una buona conduttività elettrica sotto stiramento. Quindi, substrati elastici ricoperti da un sottile strato di materiali conduttori flessibili, come nanotubi di carbonio, grafene 1, 10 o AgNWs, 11-14 sono progettati per conduttori con eccellente estensibilità. A causa della elevata conducibilità bulk, film sottili AgNW hanno dimostrato di essere il materiale più promettente per conduttori compositi estensibili. 13 Le reti di percolazione di film sottili AgNW può ospitare efficacemente grandi deformazioni elastiche nel processo di stiro con grande conduttanza elettrica, e sono considerati come un promettente candidato elettrodo estensibile. Per implementare film sottili AgNW come conduttori estensibili, è necessario avere contatti elettrici effettivi tra AgNWs. Dopo la deposizione un liquidod essiccazione su superfici del substrato, AgNWs pila regolarmente insieme per formare una maglia di percolazione con punti di contatto sciolti, che producono in grandi resistenze elettriche. Così, uno ha bisogno di ricottura i contatti tra nanofili di alta temperatura o alta pressione metodi di ricottura 15-20 per ridurre le resistenze di contatto.

In contrasto con questi processi di ricottura in letteratura, qui, si dimostrerà un semplice metodo chimico per temprare AgNW connessioni di rete in condizioni di laboratorio regolari. 21 Il processo di fabbricazione è mostrato in Figura 4A. Un inchiostro reattivo viene utilizzato per sinterizzare spray rivestiti film sottili AgNW su una lastra di vetro. Dopo la reazione, i contatti tra nanofili sono coperti con argento e quindi la rete AgNW è saldato chimicamente insieme. Metodo ghisa e buccia viene quindi utilizzato per trasferire la rete AgNW saldato ad un substrato elastico PU per formare un conduttore composito che può esibire alcun cambiamento evidente in conducibilità elettrica anche a grande sforzo a trazione di 120%.

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Protocollo

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1. Preparazione di Silver Precursore Ink

  1. Aggiungere 1,85 g di dietanolammina (DEA) in 3,15 ml di acqua deionizzata.
  2. Sciogliere 0,15 g di nitrato d'argento in 5 ml di acqua deionizzata.
  3. Miscelare la soluzione acquosa di nitrato d'argento con DEA in un rapporto 1: 1 volume avere inchiostro precursore 10 ml argento destra prima dell'uso.

2. Realizzazione di Stretchable conduttivi film sottili

  1. Preparazione di inchiostro AgNW
    1. Diluire 2 ml di 0,5% in peso AgNWs in isopropanolo con 18 ml di acqua deionizzata.
    2. Mettere in bagno ad ultrasuoni per 30 sec a 25 ° C.
  2. Fabbricazione di film sottili AgNW da rivestimento auto-spruzzo
    1. Tagliare standard di vetrini da microscopio in pezzi di dimensioni pari a 1 × 2,5 cm 2. Preparare 16 pezzi di vetro di queste dimensioni e pulirli con pulizia delle lenti tessuto etanolo bagnate.
    2. Trasferimento 16 ml AgNW inchiostro (dalla sezione 1) nella tazza vernice della airbrUSH con una pipetta. Montare l'aerografo su un robot controllato da computer per verniciatura a spruzzo.
    3. Mettere 8 di pezzi di vetro in un accordo di 4 × 2 sul palco e fissarli con nastri resistenti al calore. La superficie totale di tutti i substrati di vetro sul palco è di 4 × 5 cm 2.
    4. Impostare la pressione di lavoro e la temperatura fase di riscaldamento a 3 bar e 100 ° C, separatamente.
    5. Aprire il software di controllo del robot. Fare clic per selezionare la sequenza comando di movimento spazzola sotto la colonna "Command". Tipo di parametri di ingresso necessari per completare il programma di auto-spruzzatura come mostrato in Figura 1. Eseguire il programma.
      Nota: Il comando "Speed ​​Line" rende il viaggio aerografo a 200 mm / sec. Con il comando "pennello Area", l'aerografo muove avanti e indietro nella direzione del lato corto della matrice substrato di vetro mentre la fase si muove lungo la direzione del lato lungo e lo spazio tra due tratti è 5 mm. La "linea di partenza" e "Line finali "comandi determinano le posizioni di partenza e il punto finale del funzionamento automatico spruzzata. Le posizioni di loro dipendono dalla posizione dell'array substrato di vetro sul palco. Il" Comando Wait Point "imposta un tempo di attesa di 20 sec in Alla fine di ogni ciclo automatico di spruzzatura. "Loop Indirizzo" comando consente a più cicli di spruzzatura e il numero di cicli di auto-spruzzatura è 15 volte. Ulteriori istruzioni dei comandi può essere trovato nel protocollo del produttore.
    6. Modificare il numero di cicli di auto-spruzzo in 30 volte. Ripetere i punti 2.2.3 - 2.2.5 per fabbricare AgNW film sottili di 30 cicli di spruzzatura.
    7. Dopo verniciatura a spruzzo, cuocere film sottili nanowire d'argento su un piatto caldo a 120 ° C per 10 min.
  3. Chemical processo di saldatura
    1. Cast 400 ml di inchiostro precursore argento sopra ogni argento nanofilo film sottile rivestimento spray sul substrato di vetro.
    2. Cuocere i film su un piatto caldo a 100 &# 176; C per 40 min.
    3. Sciacquare i rivestimenti reattivi accuratamente con acqua deionizzata per rimuovere residui chimici reattivi e aria asciugare i film rivestite.
  4. Cast-peeling processo
    1. Cast 200 microlitri commercialmente disponibile emulsione PU a base acqua su ogni film nanocomposito argento sottile sul substrato di vetro.
    2. Asciugare i film per 10 ore per garantire la piena solidificazione.
    3. Staccare i campioni dai substrati di vetro come film compositi free standing.

3. Caratterizzazione

  1. Test Stretching
    1. Accendere il palco lineari motorizzati e attendere 10 minuti per la macchina si riscaldi.
    2. Aprire il software di controllo fase. Impostare il numero dei passaggi in movimento del motore come 8.000. Fai clic su "X +" nel software di controllo fase per spostare il palco mobile fino a toccare il palco fisso e fare clic su "SET 0" per impostare la posizione di tegli palco mobile come zero nel software di controllo fase.
      Nota: La fase mobile si muove 0,00125 mm in un passo del motore. Ad esempio, la fase mobile si sposta 1 cm se il motore si muove 8.000 gradini. Il segno di "X +" significa che la fase mobile si muove nella direzione di avvicinamento fase fisso mentre il segno negativo di "X" significa allontanarsi dalla scena fissa.
    3. Fai clic su "X" per spostare il palco mobile per lasciare 1 cm di spazio tra la fase mobile e fissa. Fissare entrambe le estremità del campione con supporti cablati sulle fasi. In tal modo, la zona stiramento del campione è 1 × 1 cm 2. La configurazione di stiratoio è mostrato in Figura 2.
    4. Utilizzare i coccodrilli, che sono le altre estremità dei cavi di collegamento ai detentori di scena (Figura 2), per la connessione a multimetro digitale per misure di resistenza.
    5. Impostare il numero dei passaggi in movimento del motore come 800. Fare clic su "X" per move il cellulare fase di 1 mm (10% ceppo) lontano dal palco fisso per allungare il campione e registrare la resistenza. Ripetere questa operazione fino a quando la resistenza aumenta in modo significativo (~ 150% di deformazione).
  2. Test di stabilità
    1. Preparare il test come in fasi 3.1.2 - 3.1.4.
    2. Aprire il software multimetro digitale. Collegare il multimetro digitale al computer. Premere a lungo il tasto "REL Δ" sul multimetro digitale fino a quando l'icona del computer appare nell'angolo in alto a sinistra del monitor multimetro digitale. Fai clic su "Connessione USB" nel software multimetro digitale e il software inizia a registrare resistenze misurate.
    3. Inserire comandi nei campi di ingresso nel pannello del programma del software di controllo fase, come mostrato nella Figura 3 Il comando. ": U-4000" significa spostare il palco mobile 4.000 passi dalla fase fisso mentre il comando ": U4000" significa per spostare il palco mobile 4.000 passi indietroallo stadio fisso (4.000 per il 50% di deformazione, 8.000 per% di deformazione 100). Il numero di cicli di allungamento è 15 volte. La velocità predefinita del palco mobile è di 1 mm / sec.
    4. Fare clic su "Esegui 123" nel pannello del programma del software di controllo palco per eseguire il programma automatico. La fase mobile si muove in un movimento alternativo per allungare il campione con i cicli di allungamento della forma d'onda triangolare.
    5. Fare clic sull'icona Salva nel software multimetro ed esportare i dati dei profili di risposta la resistenza come un file .xls.
  3. Test di illuminazione a LED
    1. Preparare il test come in fasi 3.1.2 - 3.1.3. Collegare i supporti cablati in serie ad un LED e un alimentatore.
    2. Accendere l'alimentazione. Aumentare la tensione a 9 V per accendere il LED.
    3. Istruzioni "X" per spostare il cellulare fase 1 mm (10% strain) lontano dalla scena fissa per allungare il campione e prendere un'immagine per registrare la luminosità del LED. Ripetere questa operazione fino a quando laluce del LED si affievolisce. Fate attenzione che l'auto-esposizione della fotocamera deve essere spenta quando si fotografa.

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Risultati

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La morfologia della pellicola sottile AgNW dopo processo di saldatura chimica è mostrato nella Figura 4B. AGNPS recuperati preferenzialmente crescono sulla superficie della AgNWs e avvolgere nel corso degli svincoli filo / filo. Figura 5 mostra la variazione della resistenza dello strato con ceppi allungamento applicati per la dissaldato e film sottili saldati contenenti diverse quantità di AgNWs. Dopo il processo di saldatura chimica, A...

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Discussione

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Il processo di saldatura chimica può contribuire a rafforzare il contatto tra nanofili d'argento. Come mostrato in Figura 4b, le giunzioni filo / filo sono coperti con argento dopo l'applicazione dell'inchiostro argento reattiva nel getto rivestito AgNW film sottile. Il recupero dell'argento fortemente basata sulla formaldeide generato da DEA degradazione, e quindi il processo di saldatura o la riduzione d'argento può essere accelerato con l'aumentare della tempe...

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Dichiarazioni

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Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Ringraziamenti

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Gli autori sono grati per il sostegno finanziario del Ministero della Scienza e della Tecnologia.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Nanofilo d'argentoSigma-Aldrich778095-25MLAgNW, 120 nm di diametro e 20-50 mm di lunghezza, 0,5% in peso di IPA
Cristallo di nitrato d'argentoMacron Fine ChemicalsMK216903
DietanolamminaSigma-AldrichD8885-500G
Emulsione poliuretanicaFirst Chemical2013032603635% in peso di poliestere-poliuretano anionico a base d'acqua
emulsione AerografoTaiwan Aerografo & ApparecchiaturaAFC-sensore 
Robot da tavoloDispenser TechDT-200 
Controllore digitale per dispenserDispenser Tech9000E 
Programma di spruzzatura automaticaDispenser TechSmart robot modifica versione 3.0.0.5
Compressore d'aria PUMA IndustrialNCS-10 
Tavolino lineare motorizzatoTANLIAN E-OSoftware di
TANLIAN E-OMultimetro digitale personalizzato
HILA INTERNATIONALDM-2690TU
Multimetro digitalesoftware HILA INTERNATIONALNA
AlimentatoreCHERN TAIHCT-605
LEDPChomeM08330766http://www.pcstore.com.tw/sun-flower/M08330766.htm
controllo scenico personalizzato

Riferimenti

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