论文部分内容阅读
银纳米线具有较高长径比、较高的比表面积和优异导电性能,是一种新型的一维纳米材料,被广泛地应用于透明导电薄膜、催化材料、生物传感器和电子浆料等领域。银纳米线器件的性能与其尺寸、形貌和结构密切相关。因此,实现银纳米线的可控制备是非常重要的。目前,基于银纳米线制备的透明导电薄膜受到了广泛的关注,但如何消除银纳米线之间的接触电阻、提高导电层与基材之间的附着力、增强银纳米线的耐温性能等方面,仍需要做大量的研究工作。 本论文主要有两个方面的研究内容:其一是利用晶种诱导在银纳米线的表面二次生长银纳米线;其二是采用电镀的方法,增强银纳米线透明导电膜的性能。具体研究内容如下: 进行了多元醇还原法二次生长银纳米线的研究。采用0.1 mM氯化铁溶液处理银纳米线,使其表面负载一定数量的氯化银晶粒,为银纳米线的二次生长提供晶种。研究了硝酸银的浓度、硝酸银与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的配比、反应时间与反应温度对二次生长的影响。研究发现,固定硝酸银的浓度及其与PVP的配比时,升高反应温度和延长反应时间,能够获得具有更高长径比的二次生长出来的银纳米线。经过工艺优化后,二次生长的银纳米线条件为:丙三醇反应体系,反应温度为200℃,硝酸银的浓度为0.1 mM,硝酸银与PVP的配比为1:8,反应时间为9 h。 采用提拉法制备了纳米线透明导电膜,进而研究电镀金属(银、铜、镍)对透明导电膜性能的影响。研究发现,电镀金属能有效消除银纳米线之间的接触电阻,提高透明导电薄膜的整体性能。电镀银和镍后,在透过率的下降不超过3%的情况下,薄膜的方阻下降200多倍。电镀铜透过率下降约5%时,薄膜的方阻下降约30倍。经过扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)和能量色散X射线光谱(EDX)等分析,电镀三种金属(银、铜、镍)都能有效连接银线,消除节点处的接触电阻。然而电镀铜后,由于铜发生氧化,严重了样品的导电等性能。为了确定最佳的电镀工艺,本文较为系统地研究了电镀电压、电镀时间、初始电阻等因素对透明导电膜的影响。研究发现,电压影响电镀的速率,时间影响金属的沉积量,初始的电阻影响电镀过程中电流的大小。在3 V电压下,镀银和镀铜分别镀10 s和15 s,得到性能较好的样品,其中镀银后的样品透过率为96.2%时,方阻3.6Ω/sq;镀铜样品的透过率为94.5%时,方阻26.7Ω/sq。而镀镍时,需要采用相对较高的电压(5 V),电镀时间为1 min时,样品透过率可达96.3%,方阻值为4.8Ω/sq。 为了进一步研究电镀金属对银纳米线透明导电膜性能的改善效果,本文测试了电镀前后透明导电膜样品的附着力和耐温等性能。经过胶带剥离实验发现,电镀镍后银纳米线在基底上附着力最好,经过200次剥离实验后,其方阻仍能基本保持不变;而镀铜、镀银和未经过电镀的透明导电膜样品的附着性能都比较差,经过20次剥离实验后,基本不导电。对电镀前后透明导电膜样品的耐温性能进行了测试。研究发现,电镀镍的透明导电膜具有最佳的耐温性能,在500℃加热30 min后,其方阻仍能基本保持不变。而镀铜、镀银和未经过电镀的透明导电膜样品在200℃下加热30 min后,方阻变化率均超过3000%。因此,综合来看,银线透明导电膜经过电镀镍后,其综合性能在本文中是最好的。 此外,本文在研究二次生长和电镀过程中,发现一些特殊的形貌结构,如在银纳米线交叉点处出现了优先镀等。