[高分子材料] 新加坡南洋理工大学龙祎《AFM》：整齐排列的银纳米线使得可拉伸透明电极具有独特的导电性能

新加坡南洋理工大学龙祎《AFM》：整齐排列的银纳米线使得可拉伸透明电极具有独特的导电性能
2019-06-15
以下文章来源于材料科学前沿，作者龙祎课题组
传统的透明电极材料主要包含氧化铟锡(ITO), 掺F氧化锡(FTO)和掺Al氧化锌(AZO)，但是这些材料具有易碎，资源缺乏，制备工艺复杂等缺点。

近年来，可拉伸透明电极引起了越来越大的重视。

在这些可拉伸透明电极材料中，银纳米线透明电极引起了广泛的注意因为银纳米线合成比较容易而且银的导电性又非常好。

但是这些电极中的银纳米线都是随机排列的，使得电极具有较高的接合电阻，透明性差，而且在拉伸状态下导电性能急剧降低。

所以我们提出了将银纳米线垂直排列在预拉伸PDMS膜上的想法。

现在文献中报道了很多排列一维材料的方法，有些排列方法可以将一维材料单层排列；有些排列方法可以将一维材料多层排列。

但是这些方法都有一些缺点，比如排列过程复杂或者需要特殊的实验装置等。

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南洋理工大学胡和兵博士（本文第一作者）有多年排列一维材料的经验，而且在层层自组装(Layer-by-Layer) 方面受到了很好的训练。

龙祎老师提出整齐排列的纳米银线，就可以解决可拉伸的透明电极的目前存在的问题。

而且我们发现基于排列的纳米线可拉伸透明电极没有人报道，同时我们也采用了一种新的简单方法，达到了较高的排列质量。

图文解析：
我们通过层层搅拌排列的方法将银纳米线垂直排列在预拉伸的PDMS膜上，这种可拉伸的电极用SEM，UV，四探针法进行了表征，文章里面有介绍，这里就不多做赘述。

Figure1. a) Schematic illustrationof the Layer-by-Layer agitation-assisted alignment. The silver nanowire thinfilms show a crossed aligned nanostructure at the stretched state and a tangledoriented structure at the released state. b) SEM image of the monolayerassembled AgNWs. (Insert: sheet resistance measured from the orientationdirection and the orthogonal AHAHAGAHAGAGGAGAGGAFFFFAFAF
direction). c) SEM image of the 10 mins sampleafter second layer of assembly at the stretched state. d) SEM image of the 10mins sample at the released state.
表征手段比较常规，证明了电极中的阴线在拉伸状态下是垂直排列网状结构，在未拉伸状态下是缠结结构。

而且我们发现对于单层排列的银纳米线，银线排列方向的导电性比垂直方向的导电性高很多。

Figure 2. SEM images (a, b, c) and orientation-color-codedpictures (d, e, f) and angular distribution (g, h, i) of AgNWs thin filmsoriented at the speeds of 200 rpm (a, d, g), 500 rpm (b, e, h) and 800 rpm (c,f, i). The inset in picture d) corresponds to the color code for Influence of the agitation speed on the order parameter. k) Influence of thepercentage of ethylene glycol in water on the order parameter.
我们也研究了影响银纳米线排列的因素：搅拌速度和溶剂粘度。

我们发现当搅拌速度在500 rpm以下时，银纳米线排列指数随着搅拌速度增加而增加；当速度大于AHAHAGAHAGAGGAGAGGAFFFFAFAF
500 rpm时，排列指数基本不变，但是溶液会发生飞溅，所以最佳搅拌速度为500 rpm；而且当乙二醇和水的体积比为1:1时，排列指数最大。

Figure 3. a) Transmittances of the 10 mins sample appliedwith different strain. b) Photographs of the 10 mins sample at differentstrains (These electrodes wereimaged using red flowers as the background). c) Transmittances at 550 nmas function of different coating times. d) Sheet resistance of the samples asfunction of different strain (dot line: stretching samples; solid line:releasing samples). e) Conductive properties of sample in comparison with thereported result from the literature. f) Simulation and experimental results ofthe transmittance of the stretchable electrode at different strain. (Insert:Simulation models of the random AgNWs network and mesh-like AgNWs network). g)Sheet resistance of the 30 mins sample at the
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released state and stretchedstate as a function of the number of cycles of stretching for 40%.通过测量电极在不同拉伸情况下的导电性，我们发现导电性随着拉伸强度增加而增加，这与大多数报道完全相反，我们分析是由于银纳米线是在PDMS拉伸状态下排列。

同时我们通过“FDTD”模型计算，模拟的结果与实验的结果一致。

在拉伸状态下透过率和导电性比未拉伸状态下高。

总结与展望：
本课题通过简单的搅拌方法制备基于排列银纳米线可拉伸透明电极。

银线排列指数主要取决于搅拌速度和溶剂粘度。

此种银纳米线电极同时具有优异的导电性，透过率和拉伸性。

而且不同于其它大多数电极，我们的电极越拉伸导电性越好。

本课题为排列一维纳米材料提供了新方法，并为制备可拉伸透明电极提供了新思路。

作者介绍：
第一作者：胡和兵博士现在于新加坡南洋理工大学材料与工程学院龙祎博士组任博士后研究员，他博士就读于法国斯特拉斯堡大学，师从层层组装方法学创始人Gero Decher教授，博士的研究集中在基于排列的银纳
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米线等离子体。

目前的研究主要集中于纳米排列技术在各领域的应用。

通讯作者：龙祎博士现在于新加坡南洋理工大学材料与工程学院任高级讲师，她博士毕业于英国剑桥大学。

她的早期职业生涯，专注与技术转化，成功实现为全球第一的希捷科技提供涂层技术。

目前的研究主要集中在功能材料的应用。

已经在Joule，Advanced Functional Materials, ACS Nano, Materials Horizons等著名期刊发表论文多篇。

研究成果被各大微信平台广泛报道。

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