En Fabrication Metode til Highly Strækbare ledere med Silver nanotråde
Summary
A simple synthesis method is used to chemically solder silver nanowire thin film to fabricate highly stretchable and conductive metal conductors.
Abstract
Strækbare elektronik er identificeret som en nøgleteknologi for elektroniske applikationer i den næste generation. En af udfordringerne i fremstilling af strækbare elektroniske enheder er forberedelsen af strækbare ledere med stor mekanisk stabilitet. I denne undersøgelse har vi udviklet en simpel fabrikation metode til kemisk lodde kontaktpunkterne mellem sølv nanotrådene (AgNW) netværk. AgNW nanomesh blev først anbragt på et objektglas via spray coating metoden. En reaktiv blæk bestående af sølv nanopartikel (AgNPs) forstadier blev påført over sprøjtecoatet AgNW tynde film. Efter opvarmning i 40 minutter, blev AgNPs fortrinsvis genereret over nanotrådene knudepunkter for at lodde AgNW nanomesh, og forstærket den ledende netværk. Den kemisk modificerede AgNW tynd film blev derefter overført til polyurethan (PU) substrater ved støbning metode. De loddede AgNW tynde film på PU udviste ingen tydelig ændring i elektrisk ledningsevne under strækning eller rolling proces med forlængelse stammer op til 120%.
Introduction
Deformerbare elektroniske anordninger med stor strækbarhed er blevet identificeret som kritiske dele til realiseringen af bærbare og bærbare elektronik i den næste generation. 1. Disse strækbare elektroniske enheder viser ikke kun stor fleksibilitet som de elektroniske enheder på plastplader, 2, 3, men udviser også fremragende ydelse under svære strække eller vride betingelser. 4 For at realisere de strækbare elektronik, materialer med stor elektrisk ydeevne under stor deformation er nødvendig. Nylige fremskridt inden for materialevidenskab har vist mulighed for at syntetisere sådanne funktionelle materialer og har brugt dem til at designe strækbare optoelektroniske anordninger 5-9 med stor tolerance over for komplekse form deformationer. Blandt alle de elektroniske funktionelle materialer, er strækbare ledere nødvendigt at tilføre strøm til de optoelektroniske anordninger og er således af afgørende betydning for enhedens ydeevne.Fordi regelmæssig ledende materialer, såsom metal eller indiumtinoxid, mangel på mekanisk robusthed under store deformation, forbinder fremstillet af disse materialer er i stand til at udvise god elektrisk ledningsevne under strækningsprocessen. Således elastiske substrater dækket med et tyndt lag af fleksibelt ledende materialer, såsom carbon nanorør, 1 graphene, 10 eller AgNWs, er 11-14 designet til ledere med fremragende strækbarhed. På grund af den høje bulk-ledningsevne, har AgNW tynde film vist sig at være den mest lovende materiale til sammensatte strækbare ledere. 13 De siver netværk af AgNW tyndfilm effektivt kan rumme store elastiske deformationer i strækkeproces med stor elektrisk ledningsevne, og betragtes som en lovende strækbart elektrode kandidat. At gennemføre AgNW tynde film som strækbare ledere, er det nødvendigt at have effektive elektriske kontakter mellem AgNWs. Efter flydende deposition end tørring på substratoverflader, AgNWs jævnligt stable sammen til en nedsivende maske med løse kontaktpunkter, der giver i store elektriske modstande. Således, er man nødt til at annealere kontakterne mellem nanotråde ved høj temperatur eller højt tryk annealing metoder 15-20 for at reducere de kontaktoplysninger modstande.
I modsætning til disse annealing processer i litteraturen, her vil vi vise en simpel kemisk metode til at anneale AgNW netværksforbindelserne under regelmæssige laboratorieforhold. 21 fremstillingsprocessen er vist i figur 4A. En reaktiv blæk bruges til at sintre spraycoatet AgNW tynde film på en glasplade. Efter reaktionen er kontakterne mellem nanowires dækket med sølv og dermed AgNW netværket er loddet kemisk sammen. En støbt-og-skræl metode anvendes derefter til at overføre loddet AgNW netværket til et strækbart PU substrat til dannelse af en sammensat leder, som kan udvise nogen tydelig ændring in elektrisk ledningsevne selv ved store trækbelastning på 120%.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den kemiske lodning proces kan bidrage til at styrke kontakten mellem sølv nanotråde. Som vist i figur 4b, er wire / wire kryds dækket med sølv efter påføring af reaktive sølvblæk over sprøjtecoatet AgNW tynd film. Den sølvgenvinding afhænger i høj grad på formaldehyd genereret fra DEA nedbrydning og dermed loddeprocessen eller sølv reduktion kan accelereres med stigende temperatur. 22 Da metaloverflader AgNWs levere effektive elektron ombytningssteder, er sølvnanopartikler for…
Disclosures
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 |
References
- 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).
