银纳米线柔性导电膜图形化设计与可拉伸应用研究

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银纳米线因其良好的导电性、高的光学透过率和出色的机械柔韧性广泛地应用于柔性可拉伸电子领域。其中,基于银纳米线柔性透明导电膜的可拉伸交流驱动电致发光(Stretchable-Alternating Current Electroluminescent,S-ACEL)器件因其潜在应用前景而备受关注。目前,采用棒涂、喷涂等方式已能够在柔性衬底上制备出大面积、高导电性、高机械韧性的银纳米线柔性导电膜。然而,银纳米线作为柔性透明导电膜应用于S-ACEL器件而言,还需要实现银纳米线薄膜的转移和图形化工艺。传统的图形化方法主要有光刻、激光烧蚀以及微接触印刷技术等,但这些方法都存在步骤复杂、高成本、破坏银纳米线原始结构,以及难以实现高精度分辨率等问题。鉴于此,本论文重点围绕银纳米线薄膜图形化的设计展开,研究银纳米线图形化制备技术及其在S-ACEL器件中应用,主要工作如下:(1)银纳米线薄膜图形化的设计与制备。设计好图案化的网版,通过在微孔滤膜上印刷聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)并结合真空抽滤的银纳米线的方法,制备出图形化的银纳米线薄膜。实验发现,影响银纳米线图形化分辨率的主要因素包括:滤膜表面亲水性、印刷PDMS的分辨率以及银纳米线的尺寸。对以上三个参数进行优化,可以实现银纳米线电极的线宽和线间距的最高分辨率为50μm。(2)图形化银纳米线柔性导电膜的结构转移及性能优化。通过控制单位面积银纳米线的沉积量,将低沉积量的银纳米线通过热压转移到半固化的PDMS上,可以得到具有不同光电特性的柔性透明导电膜。其中,银纳米线沉积量为12.5μg/cm~2,可以实现透明导电膜的方阻低至为7.3Ω/sq,透过率高达到79.6%(在可见光波长为550 nm处)。对不同方阻的透明导电膜进行了弯折和拉伸测试,由于银纳米线自身固有的饶折性和PDMS的柔弹性,弯折1000次循环后,其电阻几乎没有发生明显的变化。随着方阻的降低,其透明导电膜拉伸性能越好。(3)基于银纳米线柔性导电膜的可拉伸ACEL器件。将该复合柔性透明导电膜应用在可拉伸ACEL器件上,实现了在70%的拉伸形变下发光器件的亮度几乎不变,并发现电极的电学性质变化对于可拉伸ACEL器件的性能影响很小,并制备了一系列发光图形和高分辨的微图案发光阵列。最后,通过集成电路板制备了大面积智能发光系统,表面这种简单的银纳米线图案化方法有望应用于将来智能图案化显示,在未来的柔性可拉伸电子将有巨大的应用前景。
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