En Fabrication Metod för Highly sträck ledare med Silver Nanotrådar
Summary
A simple synthesis method is used to chemically solder silver nanowire thin film to fabricate highly stretchable and conductive metal conductors.
Abstract
Sträck elektronik identifieras som en nyckelteknik för elektroniska applikationer i nästa generation. En av utmaningarna i tillverkning av sträck elektroniska apparater är framställningen av sträck ledare med stor mekanisk stabilitet. I denna studie har vi utvecklat en enkel tillverkningsmetod för att kemiskt löda kontaktpunkterna mellan silvernanowire (AgNW) nätverk. AgNW nanomesh först avsattes på en glasskiva via sprutbeläggningsmetod. En reaktiv bläck bestående av silvernanopartiklar (AgNPs) prekursorer applicerades över sprutbelades AgNW tunna filmer. Efter upphettning under 40 minuter var AgNPs företrädesvis genererat över nanowire korsningar för att löda AgNW nanomesh, och förstärkte ledande nätverket. Det kemiskt modifierade AgNW tunn film överfördes sedan till polyuretan (PU) substrat genom gjutmetod. De lödda AgNW tunna filmer på PU uppvisade ingen tydlig förändring i elektrisk ledningsförmåga enligt sträckning eller rolling process med töjning stammar upp till 120%.
Introduction
Deformerbara elektroniska apparater med stor töjbarhet har identifierats som kritiska delar till förverkligandet av bärbara och bärbar elektronik i nästa generation. 1 Dessa sträck elektroniska apparater visar inte bara stor flexibilitet eftersom dessa elektroniska apparater på plastskivor, 2, 3, men även uppvisar utmärkt prestanda under svåra stretching eller vrida förhållanden. 4 För att förverkliga de sträck elektronik, material med hög elektrisk prestanda under stor deformation behövs. Nya framsteg inom materialvetenskap har visat på möjligheten att syntetisera sådana funktionella material och har använt dem för att utforma sträck optoelektroniska enheter 5-9 med stor tolerans mot komplexa form deformationer. Bland alla de elektroniska funktionella material, sträckbara ledarna är nödvändigt att tillföra elektrisk effekt till dessa optoelektroniska anordningar och är sålunda av avgörande betydelse för anordningens prestanda.Eftersom vanliga ledande material, såsom metall eller indiumtennoxid, brist på mekanisk robusthet enligt stor deformation, förbindningar framställda av dessa material inte kan uppvisa god elektrisk ledningsförmåga enligt sträckningsprocessen. Således, elastiska substrat täckta med ett tunt lager av flexibla ledande material, såsom kolnanorör, ett grafen, 10 eller AgNWs är 11-14 utformade för ledare med utmärkt töjbarhet. På grund av den höga bulkkonduktivitet har AgNW tunna filmer har visat sig vara den mest lovande material för sammansatta sträck ledare. 13 perkolerar nätverk av AgNW tunna filmer kan effektivt ta emot stora elastiska deformationer i sträckningsprocessen med stor elektrisk ledningsförmåga, och betraktas som en lovande töjbart elektrod kandidat. För att genomföra AgNW tunna filmer som sträck ledare, är det nödvändigt att ha effektiva elektriska kontakter mellan AgNWs. Efter vätskeavsättning end torkning på substratytor, AgNWs regelbundet stack samman för att bilda en percolating nät med lösa kontaktpunkter, som ger i stora elektriska motstånd. Således måste man glödga kontakterna mellan nanotrådar av hög temperatur eller högt tryck glödgningsmetoder 15-20 för att minska kontaktmotstånd.
I motsats till dessa härdningsprocesser i litteraturen, här kommer vi att visa en enkel kemisk metod för att härda AgNW nätverksanslutningar i vanliga laboratorieförhållanden. 21 Tillverkningsprocessen visas i figur 4A. Ett reaktivt bläck används för att sintra sprayen belagda AgNW tunna filmer på en glasplatta. Efter reaktion är kontakterna mellan nanotrådar täckta med silver och därmed AgNW nätverket löds kemiskt samman. En gjuten-och-skalningsmetod används därefter för att överföra det lödda AgNW nätverket till en sträckbar PU substrat för att bilda en sammansatt ledare, som kan uppvisa någon uppenbar förändring in elektrisk ledningsförmåga även vid stora dragspänning på 120%.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den kemiska lödprocessen kan bidra till att stärka kontakten mellan silvernanotrådar. Såsom visas i figur 4b, är tråd / tråd-övergångar täckt med silver efter applicering av reaktiva silverbläck över sprutbelagda AgNW tunn film. Silvret återhämtning bygger i hög grad på formaldehyd genereras från DEA nedbrytning och därmed lödningsprocessen eller nedsättning silver kan accelereras med ökande temperatur. 22 Eftersom metallytor av AgNWs tillhandahålla effektiva elektronutb…
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).
