シルバーナノワイヤーと伸縮性の高い導体の製造方法
Summary
A simple synthesis method is used to chemically solder silver nanowire thin film to fabricate highly stretchable and conductive metal conductors.
Abstract
伸縮性エレクトロニクスは、次世代の電子用途のためのキーテクノロジーとして識別されます。伸縮性電子デバイスの製造における課題の一つは、優れた機械的安定性を有する伸縮性導体の製造です。本研究では、化学的に銀ナノワイヤー（AgNW）ネットワークとの間の接触点をはんだ付けするための簡単な製造方法を開発しました。 AgNWナノメッシュは、第一のスプレーコーティング法を介してスライドガラス上に堆積させました。銀ナノ粒子（AgNPs）前駆体から成る反応性インクはAgNW薄膜をスプレーコーティングの上に適用しました。 40分間加熱した後、AgNPsを優先AgNWナノメッシュをはんだ付けするナノワイヤ接合部に生成し、導電ネットワークを強化しました。化学的に修飾されたAgNW薄膜は、その後、キャスト法により、ポリウレタン（PU）基板に移しました。 PU上のはんだ付けAgNW薄膜は伸張またはローランの下での電気伝導度に明らかな変化を示さありませんでした伸びグラムプロセスは、120％までの株。
Introduction
大きな伸縮性のある変形可能な電子機器は、次の世代のウェアラブルと携帯用電子機器の実現に不可欠な部品として同定されている。1これら伸縮性電子デバイスは、プラスチックシート上のものの電子デバイスとして大きな柔軟性を示す2、3だけでなく、優れた展示だけでなく、延伸条件やひねり厳しい下のパフォーマンス。4大変形下での優れた電気的性能と伸縮性エレクトロニクス、材料を実現するためには必要とされています。材料科学の最近の進歩は、このような機能性材料を合成する可能性を示しており、複雑な形状の変形に大きな耐性を有する伸縮性光電子デバイス5-9を設計するためにそれらを使用しています。全ての電子機能材料の中では、伸縮性の導体は、これらの光電子デバイスに電力を供給するために必要であり、従って、デバイス性能のために非常に重要です。金属またはインジウムスズ酸化物、大変形下での機械的ロバスト性の欠如のような規則的な導電性材料、ので、これらの材料で作られた相互接続は、プロセスの延伸下で良好な電気伝導性を発揮することができません。したがって、このようなカーボンナノチューブ、グラフェン1、10またはAgNWs等の可撓性導電性材料の薄い層で覆われた弾性基質は、11-14は、優れた伸縮性を有する導電体のために設計されています。そのため、高いバルク導電率の、AgNW薄膜はAgNW薄膜の13浸透ネットワークが効果的に大きな電気伝導度と延伸工程に大きな弾性変形を収容することができます。複合伸縮性導体のための最も有望な材料であることが示されている、とのように考えられています有望な伸縮性電極候補。伸縮性導体としてAgNW薄膜を実現するために、それはAgNWs間の効果的な電気接点を有することが必要です。液相堆積AN後基板表面上のD乾燥、AgNWsは定期的に大きな電気抵抗に生じる緩み接点と浸透メッシュを形成するために一緒に積み重ねます。したがって、一つの接触抵抗を低減するために、高温または高圧アニーリング方法15-20によってナノワイヤ間のコンタクトをアニールする必要があります。
文献において、これらのアニーリングプロセスとは対照的に、ここでは、我々は、通常の実験室条件下でAgNWネットワーク接続をアニールするために、単純な化学的方法を実証する。21の製造プロセスは、 図4Aに示されています。反応性インクをガラス板上の薄膜AgNWスプレーコーティングを焼結するのに使用されます。反応後、ナノワイヤ間の接触は、銀で被覆されているので、AgNWネットワークは、化学的に一緒にはんだ付けされています。キャスト及び剥離方法は、その後、明らかな変化を示さないことができる複合導体を形成するために、伸縮性PU基板に半田付けAgNWネットワークを転送するために使用されるIでも120％の大きな引張歪みにおけるn個の電気伝導度。
Protocol
Representative Results
Discussion
化学的なはんだ付けプロセスは、銀ナノワイヤとの間の接触を強化することができます。 図4bに示すように、ワイヤ/ワイヤ接合はAgNW薄膜スプレーコーティング上に、反応性の銀インクを塗布した後、銀で被覆されています。銀回収は、DEAの分解から発生するホルムアルデヒドに強く依存し、したがって、はんだ付けプロセスまたは銀の減少は温度上昇により加速することができ…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors are grateful for the financial support from Ministry of Science and Technology.
Materials
| Silver nanowire | Sigma-Aldrich | 778095-25ML | AgNW, 120 nm in diameter and 20-50 mm in length, 0.5 wt% in IPA |
| Silver nitrate crystal | Macron Fine Chemicals | MK216903 | |
| Diethanolamine | Sigma-Aldrich | D8885-500G | |
| Polyurethane emulsion | First Chemical | 20130326036 | 35 wt% water-based anionic polyester-polyurethane emulsion |
| Airbrush | Taiwan Airbrush & Equipment | AFC-sensor | |
| Desktop robot | Dispenser Tech | DT-200 | |
| Digital dispenser controller | Dispenser Tech | 9000E | |
| Auto-spraying program | Dispenser Tech | Smart robot edit version 3.0.0.5 | |
| Air compressor | PUMA Industrial | NCS-10 | |
| Linear motorized stage | TANLIAN E-O | Customized | |
| Stage control software | TANLIAN E-O | Customized | |
| Digital multimeter | HILA INTERNATIONAL | DM-2690TU | |
| Digital multimeter software | HILA INTERNATIONAL | NA | |
| Power supply | CHERN TAIH | CT-605 | |
| LED | PChome | M08330766 | http://www.pcstore.com.tw/sun-flower/M08330766.htm |
Riferimenti
- Rogers, J. A., Someya, T., Huang, Y. Materials and mechanics for stretchable electronics. Science. 327 (5973), 1603-1607 (2010).
- Mazzeo, A. D., et al. Paper-based, capacitive touch pads. Adv. Mater. 24 (21), 2850-2856 (2012).
- Yang, C., et al. Silver nanowires: from scalable synthesis to recyclable foldable electronics. Adv. Mater. 23 (27), 3052-3056 (2011).
- Sekitani, T., Someya, T. Stretchable, Large-area Organic Electronics. Adv. Mater. 22 (20), 2228-2246 (2010).
- Lipomi, D. J., Tee, B. C., Vosgueritchian, M., Bao, Z. Stretchable organic solar cells. Adv. Mater. 23 (15), 1771-1775 (2011).
- Liang, J., Li, L., Niu, X., Yu, Z., Pei, Q. Elastomeric polymer light-emitting devices and displays. Nat. Photonics. 7 (10), 817-824 (2013).
- White, M. S., et al. Ultrathin, highly flexible and stretchable PLEDs. Nat. Photonics. 7 (10), 811-816 (2013).
- Chang, I., et al. Performance enhancement in bendable fuel cell using highly conductive Ag nanowires. Int. J. Hydrogen Energ. 39 (14), 7422-7427 (2014).
- Yan, C. Y., et al. An Intrinsically Stretchable Nanowire Photodetector with a Fully Embedded Structure. Adv. Mater. 26 (6), 943-950 (2014).
- Lee, M. S., et al. High-performance, transparent, and stretchable electrodes using graphene-metal nanowire hybrid structures. Nano Lett. 13 (6), 2814-2821 (2013).
- Xu, F., Zhu, Y. Highly conductive and stretchable silver nanowire conductors. Adv. Mater. 24 (37), 5117-5122 (2012).
- 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).
- 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).
- Akter, T., Kim, W. S. Reversibly Stretchable Transparent Conductive Coatings of Spray-Deposited Silver Nanowires. ACS Appl. Mater. Interfaces. 4 (4), 1855-1859 (2012).
- 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).
- 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).
- Tokuno, T., et al. Fabrication of silver nanowire transparent electrodes at room temperature. Nano Res. 4 (12), 1215-1222 (2011).
- Garnett, E. C., et al. Self-limited plasmonic welding of silver nanowire junctions. Nat. Mater. 11 (3), 241-249 (2012).
- Zhu, S., et al. Transferable self-welding silver nanowire network as high performance transparent flexible electrode. Nanotechnology. 24 (10), 1321-1327 (2013).
- 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).
- 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).
- 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).
