Cu/TiN复合纳米纤维透明导电薄膜的制备及其性能研究

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透明导电薄膜在平板显示技术、智能窗、太阳能电池和智能手表等光电领域有着重要的应用。目前,透明导电薄膜市场上占据主导地位的是锡掺杂氧化铟(简称ITO)薄膜。但铟为稀有金属,价格昂贵,且ITO薄膜的制备效率低,难以满足日益增长的市场需求。因此,亟需开发廉价、高性能的新型透明导电薄膜材料以取代ITO薄膜。  Cu纳米纤维是价格低廉的金属导电材料,但因其抗氧化性差,导电性随着使用时间的延长而明显下降。而TiN具有良好的抗氧化性和优异的导电性,且成本较低。综合这两种材料的优势,本文基于同轴静电纺丝技术和后续热处理,制备了Cu/TiN复合纳米纤维,系统地研究了复合纳米纤维的结构、形貌及光电性能,旨在获得低成本、高性能的新型透明导电薄膜材料。  利用同轴静电纺丝技术制备了前驱体纤维。前驱体纤维在空气中煅烧后获得具有一维核壳结构的CuO@TiO2纳米纤维。纤维表面相对光滑,且具有较大的长径比。  将CuO@TiO2纳米纤维置于氨气中进行氮化处理,得到Cu/TiN复合纳米纤维。研究了复合纳米纤维的形成机理以及煅烧温度对其晶体结构、形貌和电学性能的影响。经过不同温度氮化处理后,复合纳米纤维仍然保持良好的连续性,Cu以球形颗粒状分布在TiN纳米纤维的表面。Cu的高导电性使复合纳米纤维的电导率较纯TiN纤维提高了近6倍,达到320 S/cm。另外,Cu/TiN复合纳米纤维较纯Cu纳米纤维表现出更优异的抗氧化性。  构筑了Cu/TiN复合纳米纤维透明导电薄膜,系统地研究了纤维密度对透明导电薄膜性能的影响。随着纤维密度的增加,透明电极的透射率和方阻都会下降。当透射率为78.2%时,方阻仅为14.9Ω/sq,表明Cu/TiN复合纳米纤维可作为新型透明导电薄膜材料。
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