Methodenartikel

Een Fabrication Methode voor Zeer rekbaar Dirigenten met Zilveren Nanodraden

DOI:

10.3791/53623

⸱

21 januari 2016

 ,  , 
1Department of Chemical Engineering, National Taiwan University

In dit artikel

Samenvatting

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

Een eenvoudige synthesemethode wordt gebruikt om zilveren nanodraad-dunne film chemisch te solderen om zeer rekbare en geleidende metalen geleiders te fabriceren.

Samenvatting

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

Rekbare elektronica worden geïdentificeerd als een belangrijke technologie voor elektronische toepassingen in de volgende generatie. Eén van de uitdagingen bij fabricage rekbare elektronische inrichtingen is de bereiding van rekbare aders met grote mechanische stabiliteit. In deze studie hebben we een eenvoudige fabricage methode om chemisch soldeer de contactpunten tussen zilver nanodraad (AgNW) netwerken. AgNW -oppervlaktestructuur werd eerst aangebracht op een glasplaatje via spuiten bekledingswerkwijze. Een reactieve inkt bestaat uit zilveren nanodeeltjes (AgNPs) voorlopers werd aangebracht over de spray gecoat AgNW dunne films. Na verhitting gedurende 40 minuten werden AgNPs voorkeur geproduceerd via nanodraad kruispunten de AgNW -oppervlaktestructuur solderen, en versterkt het geleidende netwerk. De chemisch gemodificeerde AgNW dunne film werd vervolgens naar polyurethaan (PU) substraten gietmethode. De gesoldeerde AgNW dunne films op PU vertoonden geen duidelijke verandering in de elektrische geleidbaarheid onder uitrekken of rolling proces rek stammen tot 120%.

Inleiding

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

Vervormbare elektronische apparatuur met grote rekbaarheid geïdentificeerd als kritieke delen aan de realisatie van draagbare en draagbare elektronica in de volgende generatie. 1 die rekbaar elektronische inrichtingen tonen niet alleen grote flexibiliteit als die elektronische inrichtingen op kunststof vellen, 2, 3 maar vertonen ook uitstekende prestaties onder zware uitrekken of verdraaien omstandigheden. 4 Voor het realiseren van de rekbare elektronica, materialen met een grote elektrische prestaties onder grote vervorming nodig is. Recente ontwikkelingen in de materiaalwetenschappen hebben aangetoond de mogelijkheid om dergelijke functionele materialen te synthetiseren en hebben ze gebruikt om rekbaar opto-elektronische apparaten 5-9 te ontwerpen met een grote tolerantie voor complexe vorm vervormingen. Van alle elektronische functionele materialen, rekbare geleiders nodig elektrische voeding van de opto-elektronische inrichtingen en derhalve van essentieel belang voor de prestaties van het apparaat.Omdat regelmatige geleidende materialen, zoals metaal of indium tin oxide, gebrek aan mechanische robuustheid tijdens grote deformatie, interconnects uit deze materialen niet in staat zijn goede elektrische geleidbaarheid vertonen onder rekproces. Aldus elastische substraten bedekt met een dunne laag van flexibele geleidende materialen, zoals koolstof nanobuis, 1 grafeen, 10 of AgNWs, 11-14 zijn ontworpen voor geleiders met uitstekende rekbaarheid. Vanwege het hoge geleidingsvermogen hebben AgNW dunne films blijkt de meest veelbelovende materialen voor composiet rekbaar geleiders zijn. 13 Het sijpelt netwerken AgNW dunne films effectief geschikt voor grote elastische vervormingen in rekproces met grote elektrische geleidbaarheid, en worden beschouwd als een veelbelovende rekbaar elektrode kandidaat. Om AgNW dunne films rekbaar geleiders voeren, is het noodzakelijk om effectieve elektrische contacten tussen AgNWs hebben. Na vloeibare depositie eend drogen op substraat oppervlakken, AgNWs regelmatig stapelen samen om een ​​sijpelt mesh met losse contactpunten, die op in grote elektrische weerstanden te vormen. Aldus dient men de contacten tussen nanodraden van hoge temperatuur of hoge druk annealing methoden 15-20 annealen de contactweerstanden verminderen.

In tegenstelling tot deze gloeiprocessen in de literatuur, hier, zullen we een eenvoudige chemische methode aantonen AgNW netwerkverbindingen hybridiseren onder normale laboratoriumomstandigheden. 21 Het fabricageproces wordt getoond in figuur 4A. Een reactieve inkt gebruikt om de spray te sinteren beklede AgNW dunne films op een glasplaat. Na de reactie worden de contacten tussen nanodraden bedekt met zilver en dus de AgNW netwerk chemisch aan elkaar gesoldeerd. A cast-en-peel methode wordt vervolgens gebruikt om de gesoldeerde AgNW netwerk overdragen naar een uitrekbaar PU substraat om een ​​samengestelde geleider die geen duidelijke verandering vertoont Vorm In elektrische geleidbaarheid zelfs bij grote trekspanning van 120%.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

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

1. Voorbereiding van Silver Precursor Ink

  1. Voeg in 3,15 ml gedemineraliseerd water 1,85 g diethanolamine (DEA).
  2. Oplossen in 5 ml gedemineraliseerd water 0,15 g zilvernitraat.
  3. Meng de waterige zilvernitraatoplossing met DEA bij een 1: 1 volumeverhouding tot 10 ml silver precursor inkt heeft vlak voor gebruik.

2. Fabricage van Stretchable geleidende dunne films

  1. Bereiding van inkt AgNW
    1. Verdun 2 ml van 0,5 gew% AgNWs in isopropanol met 18 ml gedemineraliseerd water.
    2. Plaats het in ultrasoon bad gedurende 30 seconden bij 25 ° C.
  2. Fabricage van AgNW dunne films van auto-spuiten coating
    1. Figuuraccentuerend microscoopglaasjes in stukken van wijdte van 1 x 2,5 cm 2. Bereid 16 stukjes glas van deze omvang en maak ze schoon met ethanol bevochtigd lensreinigingsdoekje.
    2. Overdracht 16 ml AgNW inkt (uit sectie 1) in de verf beker van de airbrush met een pipet. Monteer de airbrush op een computergestuurde robot voor sproeicoating.
    3. Plaats 8 van stukjes glas in een 4 × 2 regeling op het podium en zet ze vast met hittebestendige tapes. De totale oppervlakte van glassubstraten op het podium is 4 x 5 cm 2.
    4. Ingestelde werkdruk en verwarmingstrap temperatuur bij 3 bar en 100 ° C, afzonderlijk.
    5. Open de robot besturingssoftware. Klik om borstel beweging commando sequentie onder de "Command" kolom te selecteren. Voer noodzakelijk invoerparameters voor de automatische sproei programma te voltooien zoals getoond in figuur 1. Het programma uitvoeren.
      Opmerking: De "Line Speed" commando maakt de airbrush reizen bij 200 mm / sec. Met het "penseelgebied" commando, de airbrush heen en weer beweegt in de richting van de korte zijde van het glassubstraat matrix tijdens het stadium beweegt in de richting van de lange zijde en de ruimte tussen twee slagen is 5 mm. De "Line Start" en "Line End "commando bepaalt de posities van begin- en eindpunten van de auto sproeien. De posities daarvan zijn afhankelijk van de positie van het glassubstraat array op het podium. De" Wait Point "commando stelt een wachttijd van 20 sec het einde van elke auto spuitcyclus. "lusadres" commando kan meerdere nevel cycli en het aantal auto-spuiten cycli 15 maal. Meer gedetailleerde instructies van de commando's te vinden in protocol van de fabrikant.
    6. Verander het aantal auto-spuiten cycli in 30 keer. Herhaal de stappen 2.2.3 - 2.2.5 naar AgNW dunne films van 30 spuiten cycli te fabriceren.
    7. Na spuitlakken bak zilver nanodraad dunne films op een hete plaat bij 120 ° C gedurende 10 min.
  3. Chemisch solderen
    1. Cast 400 gl zilver precursor inkt over elk-gespraycoat silver nanodraad dunne film op het glassubstraat.
    2. Bak de films op een hete plaat bij 100 &# 176; C gedurende 40 min.
    3. Spoel de reactieve coatings zorgvuldig met gedemineraliseerd water om reactief chemische resten te verwijderen en de lucht drogen de gecoate films.
  4. Cast-peeling proces
    1. Cast 200 gl handel verkrijgbare watergedragen PU-emulsie over elke zilvernanodeeltjes-samengestelde dunne film op het glassubstraat.
    2. Air-droog de films voor 10 uur tot volledige stolling te verzekeren.
    3. Loskomen van de monsters uit de glassubstraten als vrijstaande samengestelde films.

3. Karakterisering

  1. Stretching-test
    1. Schakel de lineaire gemotoriseerde podium en wacht 10 min voor de machine op te warmen.
    2. Open het podium besturingssoftware. Stel het aantal van de stap grootte van de motor zoals 8000. Klik op "X +" in de fase besturingssoftware de mobiele fase bewegen tot tegen de vaste fase en op "0 SET" om de positie aan T setHij mobiel podium als nul in de etappe besturingssoftware.
      Opmerking: De mobiele fase beweegt 0,00125 mm in een stap van de motor. Bijvoorbeeld, de mobiele fase beweegt 1 cm wanneer de motor beweegt 8.000 stappen. Het plusteken van "X +" betekent dat het mobiel podium beweegt in de richting van de naderende vaste podium, terwijl het negatieve teken van "X" betekent af te stappen van de vaste fase.
    3. Klik op "X" om de mobiele fase te verplaatsen naar 1 cm ruimte tussen de mobiele en vaste podium te verlaten. Bevestig beide uiteinden van het monster met bedrade houders op de fasen. Daarbij strekken de oppervlakte van het monster 1 x 1 cm 2. De opzet van de machine uitstrekt is getoond in figuur 2.
    4. Gebruik krokodillenklemmen, waarbij de andere uiteinden van de kabels door de houders fase (figuur 2) zijn te verbinden met het digitale multimeter weerstandsmetingen.
    5. Stel het aantal van de bewegende stappen van de motor als 800. Klik op "X" om move de mobiele fase 1 mm (10% rek) van de vaste fase om het monster te rekken en noteer de weerstand. Herhaal deze stap tot de weerstand verhoogt aanzienlijk (~ 150% belasting).
  2. Stabiliteit-test
    1. Bereid de test zoals in de stappen 3.1.2 - 3.1.4.
    2. Open de digitale multimeter software. Sluit de digitale multimeter aan op de computer. Lange druk op de "REL Δ" knop op de digitale multimeter tot een computer verschijnt in de linkerbovenhoek van de digitale multimeter monitor. Klik op "USB-verbinding" in de digitale multimeter software en de software begint gemeten weerstanden op te nemen.
    3. Voer opdrachten in de invoervelden in het programmapaneel van het podium besturingssoftware zoals getoond in figuur 3 de opdracht. ": U-4000" betekent de mobiele doorstromen 4000 stappen verwijderd van de vaste fase, terwijl de opdracht ": U4000" betekent naar de mobiele fase 4000 stappen terug te gaande vaste fase (4000 voor 50% rek, 8000 voor 100% rek). Het aantal rekken cycli is 15 keer. De standaard snelheid van de mobiele fase is 1 mm / sec.
    4. Klik op "Run 123" in het programma paneel van het podium besturingssoftware om de automatische programma uit te voeren. De mobiele fase beweegt in een heen- en weergaande beweging om het monster met rek cycli van driehoekige golfvorm rekken.
    5. Klik op het pictogram op te slaan in de multimeter software en exporteren van de gegevens van de weerstand reactie profielen als een .xls-bestand.
  3. LED-verlichting-test
    1. Bereid de test zoals in de stappen 3.1.2 - 3.1.3. Sluit de bedrade houders in serie met een LED en een voeding.
    2. Schakel de stroomvoorziening. Verhoog de spanning tot 9 V aan de LED-licht.
    3. Klik op "X" om de mobiele fase 1 mm (10% spanning) af te stappen van de vaste fase om het monster te strekken en een foto om de helderheid van de LED op te nemen. Herhaal deze stap tot dehet licht van de LED wordt gedimd. Zorg ervoor dat de automatische belichting van de camera moet worden uitgeschakeld tijdens het maken van foto's.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

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

De morfologie van de AgNW dunne film na chemisch soldeerproces wordt getoond in figuur 4B. Teruggewonnen AgNPs voorkeur groeien op het oppervlak van AgNWs en wikkel via kabel / draad knooppunten. Figuur 5 toont de variatie in laagweerstand met toegepaste rek stammen voor de unsoldered en gesoldeerd dunne films met verschillende hoeveelheid AgNWs. Na de chemische soldeerproces kan AgNW dunne film geleiders hoge geleidbaarheid handhaven onder hoge druk oms...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

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

De chemische solderen proces kan helpen bij het contact tussen zilver nanodraden te versterken. Zoals getoond in figuur 4b, wordt de draad / draden knooppunten bedekt met zilver na het aanbrengen van de reactieve zilveren inkt via sproeibekleed AgNW dunne film. De zilverrecuperatie sterk afhankelijk formaldehyde gegenereerd uit DEA afbraak en dus het soldeerproces of zilver reductie kan worden versneld met toenemende temperatuur. 22 Doordat de metaaloppervlakken van AgNWs effectieve elektron ...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

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

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

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

De auteurs zijn dankbaar voor de financiële steun van het Ministerie van Wetenschap en Technologie.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Zilveren nanodraadSigma-Aldrich778095-25MLAgNW, 120 nm in diameter en 20-50 mm in lengte, 0,5 wt% in IPA
Zilvernitraat kristalMacron Fine ChemicalsMK216903
DiethanolamineSigma-AldrichD8885-500G
PolyurethaanemulsieFirst Chemical2013032603635 wt% watergebaseerde anionische polyester-polyurethaanemulsie
LuchtspuitTaiwan Airbrush & EquipmentAFC-sensor 
Desktop robotDispenser TechDT-200 
Digitale dispensercontrollerDispenser Tech9000E 
Automatisch spuitprogrammaDispenser TechSmart robot edit versie 3.0.0.5
Luchtcompressor PUMA IndustrialNCS-10 
Lineaire gemotoriseerde stageTANLIAN E-OAangepast
StagebesturingssoftwareTANLIAN E-OAangepast
Digitaal multimeterHILA INTERNATIONALDM-2690TU
Digitale multimetersoftwareHILA INTERNATIONALNA
VoedingCHERN TAIHCT-605
LEDPChomeM08330766http://www.pcstore.com.tw/sun-flower/M08330766.htm

Referenties

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

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Netwerken van zilveren nanodradenspray coatingmethodechemisch soldeerproceszilvernanodeeltjelprecursorenpolyurethaansubstratentesten van elektrische geleidbaarheidprocedure voor rektestprotocol voor stabiliteitstestLED verlichtingstest

Gerelateerde artikelen