Методическая статья

Метод изготовления высокорентабельных Эластичный проводников с серебром Нанопроволоки

DOI:

10.3791/53623

⸱

21 января 2016 г.

 ,  , 
1Department of Chemical Engineering, National Taiwan University

В этой статье

Краткое содержание

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

Простой метод синтеза используется для химической пайки тонкой пленки нанопроволоки серебра для изготовления высокоэластичных и проводящих металлических проводников.

Аннотация

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

Эластичный электроники определены как ключевой технологии для электронных приложений в следующем поколении. Одна из проблем, в изготовлении электронных устройств растяжению является подготовка растяжению проводников с большой механической стабильности. В этом исследовании, мы разработали простой метод изготовления химически припаять контактные точки между серебро нанопроводов (AgNW) сетей. AgNW nanomesh впервые нанесены на предметное стекло по методу нанесения покрытия распылением. Реактивный чернил, состоящий из наночастиц серебра (AgNPs) предшественников наносили распылением покрытием AgNW тонких пленок. После нагревания в течение 40 мин, AgNPs были преимущественно генерируется за нанопроводов соединений припаять nanomesh AgNW, и усилил проводящий сети. Химически модифицированный AgNW тонкопленочный затем переносили в полиуретана (PU) подложках методом литья. Паяных AgNW тонких пленок на ПУ не проявлял явную изменение электропроводности при растяжении или Rollinг процесс с удлинением штаммов до 120%.

Введение

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

Деформируемые электронные устройства с большой растяжимости были определены в качестве критических частей к реализации носимых и портативной электроники в следующем поколении. 1 Эти растяжению электронные устройства не только показать большую гибкость, как тех электронных устройств на пластиковых листах, 2, 3, но также демонстрируют отличное производительность при тяжелых растяжения или скручивания условиях. 4 Для реализации растяжению электроника, материалы с большим электрическим производительности при большой деформации необходим. Последние достижения в области материаловедения, показали возможность синтезировать такие функциональные материалы и использовали их для разработки растягивается оптоэлектронных устройств 5-9 с большим допуском к сложной формы деформаций. Среди всех электронных функциональных материалов, стретч проводники необходимо для подачи электроэнергии в этих оптоэлектронных устройств и, таким образом, имеют решающее значение для производительности устройства.Из-за обычных проводящих материалов, таких как металл или оксид индия и олова, отсутствие механической прочности при большой деформации, межсоединений из этих материалов не могут обладать хорошей электропроводностью при растяжении процесс. Таким образом, эластичные подложки, покрытые тонким слоем гибкого проводящих материалов, таких как углеродные нанотрубки, графен 1, 10 или AgNWs, 11-14 предназначены для проводников с отличной эластичностью. Из-за высокой объемной проводимостью, AgNW тонкие пленки были показаны наиболее перспективным материалом для композиционных растяжению проводников. 13 Перколирующий сети AgNW тонких пленок можно эффективно разместить большие упругие деформации в процесс растяжения с большим электрической проводимости, и рассматриваются как Перспективным растяжению электрод кандидатом. Для реализации AgNW тонких пленок растяжению проводников, необходимо иметь эффективные электрические контакты между AgNWs. После жидкого ап осажденияд сушки на поверхности подложек, AgNWs регулярно складывать вместе, чтобы сформировать перколлирующий сетку с рыхлыми контактных пунктов, которые дают в больших электрических сопротивлений. Таким образом, необходимо для отжига контактов между нанопроводов от высокой температуры или высокого давления методы отжига 15-20 снизить контактное сопротивление.

В отличие от этих процессов отжига в литературе, здесь мы покажем простой химический способ для отжига AgNW сетевых соединений в обычных лабораторных условиях. 21 Процесс изготовления показан на фиг.4А. Реактивный чернил используется для спекания спрей покрытием AgNW тонких пленок на стеклянной пластине. После реакции контакты между нанопроводов покрыты серебром и, следовательно, сеть AgNW припаян химически вместе. Способ литой и корка затем используется для передачи припаян сеть AgNW к растягиванию PU подложки для формирования составного проводника, который не может быть ни явного изменения яп электропроводность, даже при больших растяжения 120%.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

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

1. Подготовка Silver Предтечи Ink

  1. Добавить 1,85 г диэтаноламина (DEA) в 3,15 мл деионизованной воды.
  2. Растворить 0,15 г нитрата серебра в 5 мл деионизированной воды.
  3. Смешайте водный раствор нитрата серебра с DEA в соотношении 1: 1 по объему, чтобы иметь 10 мл серебряной краски предшественника непосредственно перед использованием.

2. Изготовление Эластичный Проводящие тонких пленок

  1. Подготовка AgNW чернил
    1. Развести 2 мл 0,5% вес AgNWs в изопропаноле с 18 мл деионизированной воды.
    2. Поместите его в ультразвуковой ванне в течение 30 сек при 25 ° С.
  2. Изготовление AgNW тонких пленок по авто-распыления
    1. Вырезать стандартной микроскопа на куски размером, равным 1 × 2,5 см 2. Подготовьте 16 кусочки стекла такого размера и очистить их с этанолом смачивается очистки объектива ткани.
    2. Передача 16 мл чернил AgNW (из раздела 1) в краски чашки airbrУСК с пипеткой. Установите аэрограф на компьютерным управлением робота для распыления.
    3. Поместите 8 из кусочков стекла в расположении 4 × 2 на сцене и исправить их термостойких лент. Общая площадь всех стеклянных подложек на этапе 4 × 5 см 2.
    4. Установите рабочее давление и температуру нагрева этапа 3 бар и 100 ° С, отдельно.
    5. Откройте программное обеспечение управления роботом. Нажмите, чтобы выбрать последовательность команд движения кисти в столбце "Команда". Введите необходимые входных параметров для завершения автоматической распыления программы, как показано на рисунке 1. Запустите программу.
      Примечание: Команда "Скорость линии" делает путешествие в аэрограф 200 мм / сек. По команде "Кисть Area", то аэрографа движется вперед и назад в направлении короткой стороны массива стеклянной подложки в то время как этап движется вдоль направления длинной стороны и в пространстве между двумя штрихами 5 мм. «Линии Пуск" и "Лине End "команды определяют позиции начальной и конечной точек автоматического распыления работы. Позиции них зависят от положения массива стеклянной подложки на сцене. Термин" управление Подождите точку "устанавливает время ожидания 20 сек в в конце каждого авто распыления цикла. "Петля Адрес" команда позволяет несколько циклов распыления и количество авто распыления циклов в 15 раз. Более подробная инструкция команд можно найти в протоколе производителя.
    6. Изменение количества авто распыления циклов в 30 раз. Повторите шаги 2.2.3 - 2.2.5 для изготовления AgNW тонких пленок 30 распыления циклов.
    7. После распыления, испечь серебряные нанопроволоки тонких пленок на горячей плите при 120 ° С в течение 10 мин.
  3. Химическая пайки процесс
    1. Литой 400 мкл из серебряной краски предшественника над каждым распылением покрытием серебра нанопроволоки тонкой пленки на стеклянной подложке.
    2. Выпекать фильмы на горячей плите при 100 &# 176; С в течение 40 мин.
    3. Промыть реактивные покрытия тщательно деионизированной водой, чтобы удалить остатки химических нереакционноспособные и воздушно-сухой пленки с покрытием.
  4. В ролях-пилинг процесс
    1. Литой 200 мкл коммерчески доступны на водной основе ПУ эмульсии по каждому серебром нанокомпозитных тонкой пленки на стеклянной подложке.
    2. Высушите фильмы в течение 10 ч, чтобы обеспечить полное затвердевание.
    3. Снимите образцы с стеклянных подложек как отдельно стоящие композитных пленок.

3. Характеристика

  1. Тест Растяжка
    1. Включите линейной моторизованных этапе и подождать 10 мин, пока машина, чтобы согреться.
    2. Откройте программное обеспечение управления этап. Установите количество движущихся шагов двигателя в 8000. Нажмите "Х +" в программном обеспечении управления этап для перемещения мобильного этап пока он не коснется фиксированный этап и нажмите "SET 0", чтобы установить позицию тон мобильная сцена как ноль в программном обеспечении управления этап.
      Примечание: мобильная сцена перемещается 0,00125 мм за один шаг двигателя. Например, мобильная сцена перемещается на 1 см, если двигатель перемещает 8000 шагов. Знак плюс из "Х +" означает, что мобильная сцена движется в направлении приближения фиксированного этап в то время как отрицательный знак «X-» означает переход от фиксированной этапе.
    3. Нажмите кнопку "X-", чтобы переместить мобильный сцену, чтобы оставить 1 см свободного пространства между мобильной и фиксированной этапе. Безопасный оба конца образца с проводными владельцев на этапах. Таким образом, растяжение площадь образца 1 × 1 см 2. Установка растяжения машины показана на рисунке 2.
    4. Используйте крокодил, которые другие концы проводки кабелей к держателям стадии (рисунок 2), для подключения к цифровой мультиметр для измерения сопротивления.
    5. Установите количество движущихся шагов двигателя, 800. Нажмите «X-", чтобы MOVе мобильная стадии 1 мм (10% деформации) от неподвижной стадии растянуть образец и регистрируют сопротивление. Повторите этот шаг, пока сопротивление значительно увеличивает (~ 150% нагрузку).
  2. Испытание на устойчивость
    1. Подготовьте тест, как в шагах 3.1.2 - 3.1.4.
    2. Откройте программное обеспечение цифровой мультиметр. Подключите цифровой мультиметр к компьютеру. Длительное нажатие кнопки "REL Δ" на цифровой мультиметр до иконки компьютера появляется в верхнем левом углу монитора цифрового мультиметра. Нажмите кнопку "подключение USB" в цифровой мультиметр программного обеспечения и программного обеспечения начинает записывать измеренные сопротивления.
    3. Введите команды в поля в программе панели программного обеспечения управления этап, как показано на рисунке 3 команды. ": U-4000" означает, для перемещения мобильного этап 4000 шагах от фиксированной этапе в то время как команда ": U4000» означает Для перемещения мобильного этап 4000 шагов назадк неподвижной стадии (4000 для 50% -ной деформации, 8000 на 100% деформации). Количество циклов растяжения в 15 раз. Скорость по умолчанию мобильного этапе 1 мм / сек.
    4. Нажмите кнопку "Выполнить" 123 в программе панели управления программным обеспечением этап, чтобы выполнить автоматическую программу. Мобильные сценические ходы в возвратно-поступательное движение, чтобы растянуть образец с удлинением циклов треугольной формы.
    5. Нажмите значок сохранить в программном обеспечении мультиметра и экспортировать данные профилей реагирования сопротивление в виде файла .xls.
  3. LED освещение тест
    1. Подготовьте тест, как в шагах 3.1.2 - 3.1.3. Подключите проводные держатели в серии с LED и питания.
    2. Включите питание. Увеличьте напряжение до 9 В, чтобы зажечь светодиод.
    3. Нажмите кнопку "X-", чтобы переместить этап 1 мм (10% нагрузки) мобильный от фиксированной этапе, чтобы растянуть образец и сфотографировать, чтобы записать яркость светодиода. Повторите этот шаг, покасвет LED становится тусклым. Будьте осторожны, что авто-экспозиции камеры должны быть выключены во время съемки.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

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

Морфология тонкой пленки AgNW после химического процесса пайки показано на фиг.4В. Восстановленные AgNPs преимущественно растут на поверхности AgNWs и обернуть за провод / провод переходов. Рисунок 5 показывает изменение сопротивления листа с прикладными напряжения растяжения для распаян и паяных тонких пленок, содержащих различное количество AgNWs. После процесса химического пайки, AgNW тонкопленочного проводника может поддерживать высокую проводимость ...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

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

Процесс химической пайка может помочь укрепить контакт между серебряными нанопроводов. Как показано на фиг.4В, провод / провод узлы покрыты серебром после применения реактивной серебряной краски на напыляют AgNW тонкопленочный. Восстановление серебра сильно зависит от формальдегида, генерируемого от деградации DEA, и, таким образом процесс пайки или уменьшение серебро может быть ускорено повышением температуры. 22 Поскольку металлические поверхности AgNWs обеспечить эффективные сайты обмена э...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

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

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

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

Авторы благодарны за финансовую поддержку от Министерства науки и технологий.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Серебряная нанопроволокаSigma-Aldrich778095-25MLAgNW, диаметр 120 нм и длина 20-50 мм, 0,5 мас.% в кристалле
нитрата серебраIPA Macron Fine ChemicalsMK216903
диэтаноламинSigma-AldrichD8885-500G
Полиуретановая эмульсияFirst Chemical2013032603635 мас.% анионный полиэфир-полиуретан на водной основе эмульсия
АэрографТайвань Аэрограф & ОборудованиеAFC-сенсор 
Настольныйробот-диспенсер TechDT-200 
Цифровой контроллер дозатораDispenser Tech9000E 
Программа автораспыленияДиспенсер TechSmart robot edit version 3.0.0.5
Воздушный компрессор PUMA IndustrialNCS-10 
Линейная моторизованная сценаTANLIAN E-OСпециализированное
программное обеспечение для управления сценойTANLIAN E-Oиндивидуальному
заказу HILA INTERNATIONALDM-2690TU
Программное обеспечение цифрового мультиметраHILA INTERNATIONALNA
Источник питанияCHERN TAIHCT-605
LEDPChomeM08330766http://www.pcstore.com.tw/sun-flower/M08330766.htm
Цифровой мультиметр по

Ссылки

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

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи