방법 논문

실버 나노 와이어와 높은 신축성 도체 제조 방법

DOI:

10.3791/53623

⸱

2016년 1월 21일

 ,  , 
1Department of Chemical Engineering, National Taiwan University

이 논문에서

요약

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간단한 합성 방법을 사용하여 은 나노와이어 박막을 화학적으로 납땜하여 신축성이 높은 전도성 금속 전도체를 제조합니다.

초록

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신축성 전자는 차세대 전자 애플리케이션을위한 핵심 기술로 확인된다. 신축성 전자 장치의 제조에있어서의 하나의 과제는 기계적 안정성을 가진 큰 신축성 전도체의 제조이다. 본 연구는 화학적으로 나노 와이어 (AgNW) 네트워크 사이의 접촉점을 납땜하는 단순한 제조 방법을 개발 하였다. AgNW의 nanomesh 먼저 스프레이 코팅 방법을 통해 유리 슬라이드 위에 부착되었다. 나노 실버 (AGNPS) 전구체로 이루어지는 반응성 잉크 AgNW 박막을 코팅 위에 분무 도포 하였다. 40 분 동안 가열 한 후, 우선적 AGNPS AgNW의 nanomesh 납땜하는 나노 와이어 접합부에 걸쳐 발생하고, 도전 네트워크를 강화 하였다. 화학적으로 개질 AgNW 박막이어서 폴리 우레탄 (PU) 캐스팅 법에 의해 기판에 전사 하였다. PU에 납땜 AgNW 박막 스트레칭 또는 떠날에서 전기 전도도에 명백한 변화를 나타내지 않았다신율 g 프로세스는 120 %까지 균주.

서론

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큰 신장으로 변형 전자 디바이스는 차세대 착용 형 휴대용 전자 기기의 실현에 중요한 부분으로 확인 하였다. (1) 그 신축성 전자 장치는 우수한 나타낼 또한 플라스틱 시트 (2, 3)에 해당 전자 장치와 같은 큰 유연성을 보여줄뿐 아니라 심한 스트레칭이나 왜곡 조건에서 성능을 제공합니다. 4는 신축성 전자가, 큰 변형에서 큰 전기 성능을 가진 재료가 필요 실현합니다. 재료 과학 분야의 최근 발전은 기능성 물질을 합성 할 수있는 가능성을 보여 주었다 복잡한 모양 변형에 큰 내성과 신축성 광전자 장치 5-9을 디자인을 사용했다. 모든 전자 기능 재료 중에서도 신축성 도체는 그 광전자 장치에 전력을 공급하기 위해 필요하고, 따라서 장치의 성능을 위해 매우 중요하다.금속 또는 인듐 주석 산화물, 큰 변형 하에서 기계적 안정성의 부족 등 일반적인 도통 재료이므로, 이들 재료로 이루어지는 배선을 연신 공정 하에서 양호한 전기 전도성을 나타낼 수 없다. 따라서, 탄소 나노 튜브, 그래 핀 1, 10 또는 AgNWs 유연한 도전성 재료의 얇은 층으로 덮여 탄성 기판은, 11 내지 14은 우수한 신축성과 도체 설계된다. 때문에 높은 벌크 전도도, AgNW 박막 효과적으로 좋은 전기 전도도와 연신 프로세스에 큰 탄성 변형을 수용 할 수있다. 복합 신축성 도체 가장 유망한 물질로 AgNW 박막 13 침출 네트워크를 도시되었으며,으로 간주 유망 신축성 전극 후보. 신축성 도체로 AgNW 박막을 구현하기 위해, AgNWs 사이의 효과적인 전기 접점이 필요하다. 액체 증착 후기판 표면상의 건조 D, AgNWs 정기적 큰 전기 저항 수율 느슨한 접점과 침출 메쉬를 형성하도록 함께 스택. 따라서, 하나의 접촉 저항을 줄이기 위해 고온이나 고압 열처리 방법 15-20에 의해 나노 와이어 사이의 접점을 어닐링 할 필요가있다.

문헌에서 이러한 어닐링 프로세스는 대조적으로, 여기에서는 일반 실험실 조건 하에서 AgNW 네트워크 연결을 어닐링 간단한 화학적 방법을 설명 할 것이다. (21)의 제조 공정은도 4a에 도시된다. 반응성 잉크 분사를 유리판에 도포 AgNW 박막을 소결하는데 사용된다. 반응 후, 나노 와이어 사이의 접점은은으로 피복되고, 따라서 AgNW 네트워크는 서로 화학적으로 납땜된다. 캐스트 및 박리 방법은 명백한 변화를 나타낼 수 없다 복합 도체를 형성하는 신축성 PU 기판에 납땜 AgNW 네트워크에 전송하는 데 사용되는 난심지어 120 %의 큰 인장 변형에서 N 도전율.

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프로토콜

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실버 전구체 잉크 1. 준비

  1. 탈 이온수 3.15 ml의 디 에탄올 아민의 1.85 G (DEA)를 추가합니다.
  2. 탈 이온수 5 ㎖에 질산은 0.15 g을 녹인다.
  3. 오른쪽 사용 전에 10 ㎖ 실버 전구체 잉크를 갖도록 1 부피비 1 DEA 수성 질산은 용액을 혼합한다.

신축성 전성 박막의 제조 2

  1. AgNW 잉크의 제조
    1. 탈 이온수 18 ml의 이소프로판올에 0.5 중량 % AgNWs 2 mL로 희석.
    2. 25 ° C에서 30 초 동안 초음파 욕조에 넣습니다.
  2. 자동 분무 코팅에 의해 AgNW 박막의 제조
    1. 표준 현미경은 1 × 2.5 cm 2에 동일한 크기의 조각으로 슬라이드 잘라. 이 크기의 16 유리 조각을 준비하고 에탄올 젖은 렌즈 클리닝 티슈를 청소합니다.
    2. airbr의 페인트 컵에 (섹션 1) 전송 16 ml의 AgNW 잉크피펫 USH. 스프레이 코팅을위한 컴퓨터 제어 로봇에 에어 브러쉬를 탑재합니다.
    3. 무대에서 4 × 2 배열에서 유리 조각 (8)를 놓고 내열성 테이프와 함께 그들을 해결. 스테이지의 모든 유리 기판의 전체 면적은 4 × 5cm 2이다.
    4. 별도로, 3 바에서 작동 압력과 가열 단계 온도를 설정하고 100 ° C.
    5. 로봇 제어 소프트웨어를 엽니 다. "명령"열 아래 브러시 모션 명령 시퀀스를 선택합니다. 필요한 입력 매개 변수의 형식은 그림 1과 같이. 자동 분사 프로그램을 작성하여 프로그램을 실행합니다.
      참고 : "라인 속도"명령은 200mm / sec로 에어 브러쉬 여행을합니다. 장변 방향과 두 선 사이의 공간을 따라 스테이지가 이동 5mm 인 반면 "브러쉬 지역"명령에 의해, 에어 브러쉬는 유리 기판 어레이의 짧은 변 방향으로 전후로 이동한다. "줄 시작"과 "린E 끝 "명령은 자동 분무 작업의 시점과 종점의 위치를​​ 결정한다. 이들의 위치가 상기 스테이지에 유리 기판 어레이의 위치에 따라 다르다."지점 대기 "명령은 20 초의 대기 시간을 설정 각각 자동 분무 사이클의 끝. 명령 다중 분사 사이클을 가능하게하고 자동 분무 사이클 수는 15 회이다. 명령의 더 상세한 명령이 제조사의 프로토콜에서 찾을 수있다 "루프 주소".
    6. 30 시간에 자동 분사 사이클의 수를 변경합니다. 30 분사 사이클의 AgNW 박막을 제조 2.2.5 - 반복 2.2.3 단계를 반복합니다.
    7. 분무 코팅 후, 10 분 동안 120 ℃에서 핫 플레이트상에서 실버 나노 박막을 굽는다.
  3. 화학 납땜 과정
    1. 유리 기판 상에 각 스프레이 코팅은 나노 와이어 위에 박막은 전구체 잉크의 400 μl를 캐스팅.
    2. 100에서 핫 플레이트에 영화를 구우# 176; C 40 분.
    3. 반응성 화학 잔류 물을 제거하는 탈 이온수로 조심스럽게 반응 코팅을 씻어 코팅 된 필름을 공기 - 건조.
  4. 캐스트 박리 과정
    1. 유리 기판 상에 각각의 은나노 복합 박막 위에 200 μL 시판 수성 PU 에멀젼 캐스트.
    2. 전체 응고을 보장하기 위해 10 시간 동안 영화를 공기 - 건조.
    3. 자립형 복합 필름 등의 유리 기판으로부터 샘플을 벗겨.

3. 특성

  1. 스트레칭 테스트
    1. 리니어 전동 무대를 켜고 기계 워밍업을 위해 10 분을 기다립니다.
    2. 스테이지 제어 소프트웨어를 엽니 다. 8,000 모터의 이동 단계의 수를 설정한다. 이 고정 단계에 닿을 때까지 이동 단계를 이동하는 단계 제어 소프트웨어에 "X +"를 클릭하고 T의 위치를​​ 설정하는 "0 SET"를 클릭스테이지 제어 소프트웨어에서 제로로서 그 이동 스테이지.
      주 : 이동 스테이지는 모터의 한 단계 0.00125 mm 이동시킨다. 모터는 8000 단계로 이동하는 경우, 예를 들어, 이동 스테이지는 1cm 이동시킨다. 의 더하기 기호는 "X +"즉, "X-"의 음의 부호가 고정 단계에서 멀리 이동을 의미하는 동안 고정 단계에 접근하는 방향으로 이동 단계로 이동합니다.
    3. 모바일 및 고정 단계 사이에 1cm의 공간을 떠나 이동 단계를 이동하는 "X-"를 클릭합니다. 스테이지 상에 유선 홀더 샘플의 양쪽 끝을 고정합니다. 이것에 의해, 시료의 면적 연신 1 × 1cm 2이다. 기계를 스트레칭의 설정은 그림 2에 표시됩니다.
    4. 저항 측정을위한 디지털 멀티 미터에 연결, 무대 홀더 (그림 2)에 배선 케이블의 다른 끝있는 악어 클립을 사용합니다.
    5. MOV (800)를 클릭하는 "X-"모터로의 이동 단계의 수를 설정할E 떨어져 고정 스테이지로부터 1mm 이동 스테이지 (10 % 균주) 샘플을 스트레칭 및 저항을 기록한다. 저항이 크게 (~ 150 %의 피로를) 증가 할 때까지이 단계를 반복합니다.
  2. 안정성 테스트
    1. 3.1.4 - 3.1.2 단계에서와 같이 시험을 준비합니다.
    2. 디지털 멀티 미터 소프트웨어를 엽니 다. 컴퓨터에 디지털 멀티 미터를 연결합니다. 길게 누르면 컴퓨터 아이콘까지 디지털 멀티 미터의 "REL Δ"버튼을 눌러 디지털 멀티 모니터의 왼쪽 상단 모서리에 나타납니다. 디지털 멀티 미터 소프트웨어의 "USB 연결"을 클릭하고 소프트웨어는 측정 저항을 기록하기 시작합니다.
    3. 그림 3과 같이 스테이지 제어 소프트웨어의 프로그램 패널의 입력 필드에 명령을 입력 명령을. "U-4000"은 "U4000"수단 고정 단계에서 4000 단계 떨어져있는 동안 명령 모바일 단계를 이동하는 것을 의미한다 4,000 단계 위로 이동 무대를 이동고정 단계 (50 % 변형 4,000, 100 % 변형 8000)에. 연신 사이클 수는 15 회이다. 모바일 단계의 기본 속도는 1mm / 초이다.
    4. 자동 프로그램을 실행하는 단계 제어 소프트웨어의 프로그램 패널에서 "실행 (123)"를 클릭합니다. 왕복 운동의 모바일 스테이지 이동 삼각 파형의 신장주기와 샘플을 스트레칭.
    5. .xls 파일로 저항 응답 프로파일의 데이터를 멀티 미터 소프트웨어의 아이콘을 저장하고 내보내기를 클릭합니다.
  3. LED 조명 시험
    1. 3.1.3 - 3.1.2 단계에서와 같이 시험을 준비합니다. LED와 전원 공급 장치와 직렬로 배선 홀더를 연결합니다.
    2. 전원 공급 장치의 전원을 켭니다. LED가 빛을 (9) V까지 전압을 증가시킨다.
    3. 샘플을 스트레칭하고, LED의 밝기를 기록하기 위해 사진을 촬영하기 위해 고정 된 무대에서 멀리 이동 단 1mm (10 % 변형)를 이동하는 "X-"를 클릭합니다. 때까지이 단계를 반복합니다LED의 빛이 어두워진다. 사진을 촬영하는 동안 카메라의 자동 노출이 해제되어야 함을주의해야합니다.

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결과

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화학 납땜 처리 후의 AgNW 박막의 형태는도 4b에 도시되어있다. 회수 AGNPS 우선적 AgNWs의 표면에 성장하고 와이어 / 와이어 접합부 위에 랩. 5 unsoldered과 AgNWs의 다른 양을 포함하는 납땜 박막 용 응용 신장 균주와 시트 저항의 변동을 보여준다. 화학 납땜 공정 후에 AgNW 박막 도체없이 AgNWs의 분출 량, 고 변형 조건에서 높은 전도성을 유지할 수있다. 120 % 이하 균주 모두에 적용될 때 납땜 AgNW 박막은 100 Ω / 스퀘어 이하의 시트 저항을 나타낸다. 신축성 복합 전도성 박막 동적 변형 공정에서 큰 기계적 안정성을 나타낸다.도 6은 0의 빠른 변형 속도로 삼각파의 연신 사이클 하에서 신장 도체의 저항 변화를 보여준다 0.05 초 -1. 명백한...

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토론

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화학 솔더링 공정은 나노 와이어 사이의 접촉을 보강 할 수 있습니다. 도 4b에 도시 된 바와 같이, 와이어 / 와이어 접합부는 AgNW 박막 코팅 위에 분무 반응성은 잉크를 도포 한 후 실버 덮여있다. 실버 복구 DEA 분해로부터 생성 된 포름 알데히드에 크게 의존하고, 따라서 납땜 공정 또는은 환원 온도가 증가 가속 될 수있다. 22 AgNWs의 금속 표면이 효과적인 전자 교환 부위를 제공하기 때문에,은 나노 입자 우선적 AgNW 표면을 따라 감소 그리고 합병 된 접점을 형성하기 위해 와이어 와이어 접합부 위에 랩. 이 화학 납땜 공정은, 그러나, 이후 과도한 반응 용액을 제거하기 위해 세척 공정을 필요로한다. 하나는 때문에 건조하기 전에 AgNWs와 유리 사이의 낮은 접착에 천천히 조심스럽게 솔더 AgNW 박막을 씻어 필요가있다. 세척 및 건조 후, AgNW 박막 일 수있다쉽게 캐스트 - 앤 - 필 방법으로 PU로 전송. 유리 위에 몰드 또는 스페이서, 또한 용이 한 신축...

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공개 사항

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저자는 공개할 것이 없습니다.

감사의 글

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저자는 과학기술부의 재정적 지원에 감사

하고 있습니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
은 나노 와이어Sigma-Aldrich778095-25MLAgNW, 직경 120nm 및 길이 20-50mm, IPA
질산은 결정Macron Fine Chemicals0.5
DiethanolamineSigma-AldrichD8885-500G
폴리 우레탄 에멀젼첫 번째 화학 물질2013032603635 wt % 수성 음이온 성 폴리 에스테르 폴리 우레탄 에멀젼
에어 브러쉬대만 에어 브러시 & 장비AFC-센서 
데스크탑 로봇디스펜서 테크DT-200 
디지털 디스펜서 컨트롤러Dispenser Tech9000E 
자동 분사 프로그램Dispenser TechSmart 로봇 편집 버전 3.0.0.5
공기 압축기 PUMA 산업용NCS-10 
선형 전동 스테이지TANLIAN EO맞춤형
스테이지 제어 소프트웨어TANLIAN EO맞춤형
디지털 멀티미터HILA INTERNATIONALDM-2690TU
디지털 멀티미터 소프트웨어HILA INTERNATIONALNA
전원 공급 장치CHERN TAIHCT-605
LEDPChomeM08330766http://www.pcstore.com.tw/sun-flower/M08330766.htm
wt % MK216903

참고문헌

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  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).
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  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).

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재인쇄 및 허가

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태그

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