Yöntem makalesi

Gümüş Nanotel ile son derece Gerilebilir İletkenler için bir Fabrikasyon Yöntemi

DOI:

10.3791/53623

⸱

21 Ocak 2016

 ,  , 
1Department of Chemical Engineering, National Taiwan University

Bu makalede

Özet

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

Basit bir sentez yöntemi, yüksek derecede gerilebilir ve iletken metal iletkenler üretmek için gümüş nanotel ince filmi kimyasal olarak lehimlemek için kullanılır.

Özet

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

Gerilebilir elektronik nesil elektronik uygulamalar için önemli bir teknoloji olarak tanımlanır. Gerilebilir elektronik cihazların üretiminde zorluklardan biri büyük bir mekanik stabilite gerilebilir iletkenlerin hazırlanmasıdır. Bu çalışmada, biz kimyasal gümüş nanotel (AgNW) ağlar arasındaki temas noktalarını lehim için basit bir imalat yöntemi geliştirdi. AgNW nanomesh ilk sprey kaplama yöntemi ile bir cam slayt üzerine çökelmiştir. Gümüş nanoparçacık (AGNPS) öncüler oluşan bir reaktif mürekkep AgNW ince filmler kaplanmış sprey üzerine uygulanmıştır. 40 dakika ısıtıldıktan sonra, AGNPS tercihen AgNW nanomesh lehim nanotel kavşaklar üzerinde oluşturulan ve iletken ağı takviye edilmiştir. Kimyasal olarak modifiye edilmiş AgNW ince film daha sonra poliüretan (PU) bir yöntemi döküm alt-tabakalar aktarılmıştır. PU lehimlenmiş AgNW ince filmler germe veya rollin altında elektrik iletkenliğinin belirgin bir değişiklik sergilediuzama g süreci% 120 kadar suşları.

Giriş

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

Büyük gerdirilebilirlik ile deforme olabilen elektronik cihazlar gelecek nesil giyilebilir ve taşınabilir elektronik gerçekleşmesinde kritik parçalar olarak tespit edilmiştir. 1 Bu gerilebilir elektronik cihazlar mükemmel sergilemek de plastik levhalar, 2, 3 üzerinde bu elektronik cihazlar gibi büyük esneklik göstermesi değil sadece Şiddetli germe veya büküm koşullarında performans. 4 gerilebilir elektronik, büyük deformasyon altında büyük elektrik performansı ile malzeme ihtiyaç gerçekleştirmek için. Malzeme bilimleri alanındaki son gelişmeler bu tür fonksiyonel malzemeler sentezlemek imkanı göstermiştir ve karmaşık şekil deformasyonları büyük toleransı ile gerilebilir optoelektronik cihazların 5-9 tasarlamak için onları kullandık. Tüm elektronik fonksiyonel malzemeler arasında, gerilebilir iletkenler bu optoelektronik cihazların elektrik güç kaynağı için gerekli olan ve bu nedenle cihaz performansı için kritik önem taşımaktadır.Metal veya indiyum kalay oksit, büyük deformasyon altında mekanik sağlamlık eksikliği gibi düzenli iletken malzemeler, Çünkü bu malzemelerden yapılmış ara bağlantıları sürecini germe altında iyi elektriksel iletkenlik sergilemek mümkün değildir. Bu nedenle, bu karbon nanotüp, 1 Grafende, 10 veya AgNWs esnek iletken malzeme, ince bir tabaka ile kaplanmış alt-tabakalar, elastik, 11-14 mükemmel bir gerilebilirliğe sahip olan iletkenler için tasarlanmıştır. Çünkü yüksek kütle iletkenlik, AgNW ince filmleri etkili bir şekilde büyük bir elektriksel iletkenlik ile gerdirme işlemi büyük esnek deformasyonlarını barındırabilir. Kompozit gerilebilir iletkenler için en ümit verici malzeme olduğu AgNW ince filmlerin 13 süzdürme ağları gösterilmiştir ve sayılır gelecek vaat eden bir gerilebilir elektrot adayı. Gerilebilir iletkenler olarak AgNW ince filmler uygulamak için, AgNWs arasında etkin elektrik temas olması gereklidir. Sıvı birikim sonrasıAlt tabaka yüzeylerinde d kurutma, AgNWs düzenli büyük elektrik dirençler olarak verim gevşek temas noktaları, bir percolating örgü oluşturmak için bir araya yığını. Bu nedenle, tek bir dirençlerini azaltmak için yüksek sıcaklık ve yüksek basınç yöntemleri tavlama 15-20 tarafından nanotellerin arasında temas tavlanması gerekmektedir.

Literatürde, bu tavlama işlemlerinin aksine, burada, düzenli laboratuvar şartlarında AgNW ağ bağlantısı tavlanması için basit bir kimyasal yöntem gösterecektir. 21 fabrikasyon işlemi, Şekil 4A'da gösterilmiştir. Bir reaktif mürekkep püskürtme ile cam bir plaka üzerine elektrodepozisyonla kaplandı AgNW ince filmler topaklaşması için kullanılır. Tepkimeden sonra, nanotellerin arasındaki iletişim gümüş kaplı ve dolayısıyla AgNW ağı arasında bir kimyasal lehimlenmiştir. Bir dökme ve soyma yöntemi daha sonra belirgin bir değişim göstermez bir kompozit iletken oluşturmak üzere bir gerilebilir PU alt-tabaka lehimlenmiş AgNW ağ aktarmak için kullanılır iHatta% 120 büyük çekme gücü de n elektriksel iletkenlik.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

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

Gümüş Öncü Ink 1. Hazırlık

  1. Deiyonize 3,15 ml dietanolamin 1.85 g (DEA) ekleyin.
  2. Deiyonize su, 5 ml gümüş nitrat 0.15 g çözündürülür.
  3. Sağ Kullanmadan önce 10 ml gümüş habercisi mürekkep 1 hacim oranı: 1 at DEA ile sulu gümüş nitrat çözeltisi karıştırın.

Gerilebilir İletken İnce Filmlerin 2. Fabrikasyon

  1. AgNW mürekkep hazırlanması
    1. Deiyonize su 18 ml izopropanol içinde% 0.5 ağırlık AgNWs 2 ml seyreltilir.
    2. 25 ° C'de 30 saniye boyunca ultrasonik banyoda yerleştirin.
  2. Otomatik sprey kaplama ile AgNW ince filmlerin imalatı
    1. Standart mikroskop 1 × 2.5 cm 2 eşit büyüklükte parçalar halinde slaytlar kesin. Bu boyutta 16 cam parçalarını hazırlayın ve etanol-ıslatılmış lens temizleme dokusu ile temizleyin.
    2. Airbr boya kabına (bölüm 1) Transfer 16 ml mürekkep AgNWBir pipet ile Ush. Sprey kaplama için bilgisayar kontrollü bir robot üzerinde airbrush monte edin.
    3. Sahnede bir 4 × 2 düzeninde cam parçalarının 8 koyun ve ısıya dayanıklı bantlar ile bunları düzeltmek. Sahnede tüm cam yüzeylerde toplam alanı 4 × 5 cm 2 'dir.
    4. Ayrı ayrı, 3 barda çalışan basınç ve ısıtma sahne sıcaklığı ayarlayın ve 100 ° C.
    5. Robot kontrol yazılımını açın. "Command" sütununda fırça hareket komutu dizisi seçmek için tıklatın. Gerekli girdi parametrelerinin Tip Şekil 1'de gösterildiği gibi. Otomatik püskürtme programını tamamlamak Programı çalıştırmak için.
      Not: "Hat Hızı" komutu 200 mm / sn airbrush seyahat yapar. Uzun kenarı yönünde ve iki vuruş arasındaki boşluk boyunca sahne hareket 5 mm iken "Fırça Alanı" komutu ile, airbrush cam alt tabaka dizisinin kısa kenarı yönünde ileri geri hareket eder. "Çizgi Başlat" ve "Line Sonu "komutları otomatik püskürtme işleminin başlangıç ​​ve bitiş noktalarının konumlarını belirlemek. Bunların konumları sahnede cam yüzey dizinin pozisyonuna bağlıdır." Noktası bekle "komutu 20 saniyelik bir bekleme süresi setleri Her otomatik püskürtme döngüsünün sonu. komut birden sprey döngüleri sağlayan ve otomatik püskürtme döngü sayısı 15 katıdır. komutları daha detaylı talimat üreticinin protokolüne bulunabilir "Döngü Adres".
    6. 30 kez içine otomatik püskürtme döngü sayısını değiştirin. 30 püskürtme döngüsü AgNW ince filmler imal etmek için 2.2.5 - Tekrar 2.2.3 adımlar.
    7. Sprey kaplama sonra, 10 dakika boyunca 120 ° C'de bir sıcak plaka üzerinde, gümüş nanotel ince filmler fırında.
  3. Kimyasal lehim işlemi
    1. Cam tabaka üzerinde her sprey kaplı gümüş nanotel ince film üzerinde gümüş habercisi mürekkep 400 ul Cast.
    2. 100 sıcak bir tabakta filmler pişirin176. C 40 dakika karıştırıldı.
    3. Reaktif kimyasal artıkları çıkarmak için deiyonize su ile dikkatlice reaktif kaplamalar durulayın ve kaplanmış filmler hava kurulayın.
  4. Cast-soyma işlemi
    1. Cam tabaka üzerinde her gümüş nano-kompozit ince film üzerinde 200 ul piyasada mevcut su bazlı PU emülsiyon Cast.
    2. Tam katılaşmasını sağlamak için 10 saat boyunca filmler hava-kurutun.
    3. Ücretsiz ayakta kompozit filmleri gibi cam yüzeylerde örnekler soyulabilir.

3. Karakterizasyonu

  1. Esneme testi
    1. Lineer motorlu sahnede açın ve makine ısınmak için 10 dakika bekleyin.
    2. Kademe kontrol yazılımını açın. 8.000 Motorun hareketli adımların sayısını ayarlayın. Sabit sahne dokunana kadar mobil sahne taşımak için sahne denetim yazılımı "X +" tıklayın ve t konumunu ayarlamak için "0 SET" tıklayınkademe kontrol yazılımı sıfır olarak o mobil sahne.
      Not: mobil sahne motor tek bir adımda 0.00125 mm hareket eder. Motor 8000 adımlarını taşırsa Örneğin, mobil sahne 1 cm hareket eder. Artı işareti "X +" anlamına gelir "X-" negatif işareti sabit aşamasından uzaklaşıyor demektir ederken sabit sahne yaklaşan yönünde mobil sahne hareket eder.
    3. Mobil ve sabit sahne arasında 1 cm boşluk bırakmak için mobil sahne taşımak için "X-" tıklayın. Aşamalar üzerine kablolu sahipleri ile numunenin iki ucunu sabitleyin. Böylece, numunenin gerilme alanı 1 × 1 cm 2 'dir. Germe makinesi ayar, Şekil 2 'de gösterilmiştir.
    4. Direnç ölçümleri için dijital multimetre bağlanmak için, sahne sahipleri (Şekil 2) kablo kablolarının diğer uçları olan timsah klipleri kullanın.
    5. Mov için 800. tıklayın "X-" olarak motorun hareketli adımların sayısını ayarlayıne uzak sabit aşamasından mobil sahne 1 mm (% 10 suş) örneği germek ve direnç kaydetmek için. Direnç anlamlı (~% 150 zorlanma) artar kadar bu adımı yineleyin.
  2. Kararlılık testi
    1. 3.1.4 - adımlarla 3.1.2 olarak testi hazırlayın.
    2. Dijital multimetre yazılımını açın. Bilgisayara dijital multimetre bağlayın. Uzun basış bir bilgisayar ikonu kadar dijital multimetre üzerinde "REL Δ" butonuna dijital multimetre monitörün sol üst köşesinde görünür. Dijital multimetre yazılımı "USB bağlantısı" tıklayın ve yazılım ölçülen dirençleri kaydetmeye başlar.
    3. Şekil 3'te görüldüğü gibi sahne kontrol yazılımı programı panelindeki giriş alanlarına komutları girin komutu. ": U-4000" ": U4000" demektir sabit aşamasından 4000 adım ötede ise komut mobil sahne taşımak anlamına gelir 4000 adım geri mobil sahne taşımak içinSabit evre (% 50 suşu için 4,000,% 100 suşu için 8000) için. Germe döngü sayısı 15 katıdır. Mobil sahne varsayılan hızı 1 mm / sn dir.
    4. Otomatik programı çalıştırmak için sahne kontrol yazılımı programı panelindeki "Run 123" a tıklayın. Pistonlu hareket mobil sahne hareket üçgen dalga uzama döngüsü ile numuneyi germek için.
    5. Bir .xls dosyası olarak direnç yanıtı profilleri veri multimetre yazılımında simge kaydetmek ve ihracat tıklayın.
  3. LED aydınlatma testi
    1. 3.1.3 - adımlarla 3.1.2 olarak testi hazırlayın. Bir LED ve bir güç kaynağı ile seri olarak kablolu sahipleri bağlayın.
    2. Güç kaynağı açın. LED ışık 9 V gerilim artırın.
    3. Numuneyi germek ve LED parlaklığını kaydetmek için bir resim çekmek için sabit aşamasından uzak mobil sahne 1 mm (% 10 zorlanma) taşımak için "X-" tıklayın. Kadar bu adımı yineleyinLED ışığı loş hale gelir. Fotoğraf çekerken kameranın otomatik pozlama kapalı gerektiğini dikkatli olun.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

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

Kimyasal lehim işleminden sonra AgNW ince film morfolojisi Şekil 4B'de gösterilmiştir. Kurtarılan AGNPS tercihen AgNWs yüzeyinde büyür ve tel / kablo kavşak üzerinde sarın. 5 unsoldered ve AgNWs farklı miktarını içeren lehimli ince filmler için uygulanan uzama suşları sac direncinin değişimini göstermektedir. Kimyasal lehim işleminden sonra, AgNW ince film iletkenler bakılmaksızın AgNWs püskürtülen miktar, yüksek gerilme koşullarında yük...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

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

Kimyasal lehim işlemi gümüş nanotellerin arasındaki teması güçlendirmek yardımcı olabilir. Şekil 4b'de gösterildiği gibi, tel / kablo bağlantıları AgNW kaplı ince filmin spreyi olarak reaktif gümüş mürekkep uygulandıktan sonra gümüş ile kaplanmıştır. Gümüş kazanım DEA bozulmaya karşı üretilen formaldehite güçlü bir biçimde ve böylece lehim işlemi ya da gümüş redüksiyon sıcaklık artışı ile hızlandırılabilir. 22 AgNWs metal yüzeyleri etkili bir elektron değişimi sitesi sağladığı için, gümüş...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

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

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.

Teşekkürler

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

Yazarlar, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı'nın mali desteği için minnettardır.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Gümüş nanotelSigma-Aldrich778095-25MLAgNW, 120 nm çapında ve 20-50 mm uzunluğunda, IPA'da ağırlıkça %0,5
Gümüş nitrat kristaliMacron İnce KimyasallarMK216903
DietanolaminSigma-AldrichD8885-500G
Poliüretan emülsiyonuBirinci Kimyasal2013032603635 su bazlı anyonik polyester-poliüretan emülsiyon
AirbrushTayvan Airbrush & EkipmanAFC sensörü 
Masaüstü robotDispenser TechDT-200 
Dijital dağıtıcı kontrol cihazıDispenser Tech9000E 
Otomatik püskürtme programıDispenser TechSmart robot düzenleme sürümü 3.0.0.5
Hava kompresörü PUMA EndüstriyelNCS-10 
Lineer motorlu sahneTANLIAN EOÖzelleştirilmiş
Sahne kontrol yazılımıTANLIAN E-OÖzelleştirilmiş
Dijital multimetreHILA INTERNATIONALDM-2690TU
Dijital multimetre yazılımıHILA INTERNATIONALNA
Güç kaynağıCHERN TAIHCT-605
LEDPChomeM08330766http://www.pcstore.com.tw/sun-flower/M08330766.htm
%

Kaynaklar

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

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

G m Nanotel A larP sk rtme Kaplama Y ntemiKimyasal Lehimleme lemiG m Nanopartik l Prek rs rleriPoli retan Altl klarElektriksel letkenlik TestiEsneme Testi Prosed rStabilite Testi ProtokolLED Ayd nlatma Testi

İlgili makaleler