面向高性能柔性电极的纳米焊接技术研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:misswj2009
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柔性电子技术颠覆性的改变了传统信息器件系统的刚性物理形态,实现信息与人/物体/环境的高效共融,引起了学术界与商业界的广泛关注。柔性透明电极是柔性电子器件的核心组元,也是器件实现柔性化的重要前提。然而,作为柔性透明电极导电材料首选的银纳米线还面临着接触电阻较大的问题亟待解决。因此,如何降低银纳米线的接触电阻,改善柔性透明电极的光电性能至关重要。本文首先从材料本身角度出发,基于逾渗理论与Fuchs-Sondheimer模型研究了银纳米线尺寸对柔性透明电极光电性能的影响,得出适用于柔性透明电极的银纳米线的直径应大于25 nm,且密度一定时,增加长度是降低其方阻的有效方式。通过加入大分子量聚乙烯吡咯烷酮与Br-改进了多元醇法,合成了直径约为30 nm,长度约为80μm的超高长径比银纳米线,密度泛函理论计算表明Br-在银不同晶面的选择性吸附作用是合成超高长径比银纳米线的主要作用机制。采用热致焊接对银纳米线网络进行施焊,探究了热致焊接银纳米线工艺,通过对热致焊接银纳米线焊接接头的精细表征,发现曲率驱动的表面能降低是热致焊接银纳米线的主导机制。利用透射电子显微镜对银纳米线接头原位焊接,进一步地证明了热致焊接银纳米线的主导机制是曲率驱动的表面能降低。利用光致焊接对银纳米线网络进行施焊,通过有限差分时域法模拟探究了光致焊接的热源特点与产热机制。对银纳米线光致焊接过程的接头进行了精细表征,发现了银纳米线焊接过程中的形态及结构演变规律。此外,0.1 W·cm-2的功率密度同样具有良好的焊接效果,意味着理论上太阳光下辐照能够达到与本实验中氙光灯辐照相同的效果,这为光致焊接技术的推广与应用提供了无限可能性最后对光致焊接热源进行改造,开发出了一种适用于工业化大规模生产的光致纳米焊接方法。光致焊接后,银纳米线柔性透明电极方阻下降了3个数量级。使用焊接后的银纳米线柔性透明电极制备了加热器,测试结果表明,加热器可以在低电压(7 V,110.1℃)下稳定工作,关闭电源后迅速恢复至室温(18 s),与其他金属基柔性透明加热器相比,具有更短的响应时间和更好的光电性能,具有良好的应用前景。
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