有序结构银纤维原位直写成形及其光电性能

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透明电极兼具透光性和导电性,在显示、医疗、能源利用以及智能穿戴等方面有着广阔的应用前景。随着柔性电子的快速发展,透明电极柔性化是其未来发展趋势。金属纳米纤维因具有高导电性和良好的力学性能,成为新型柔性透明电极的备选材料之一。但是,当前金属纳米纤维组装的透明电极因纤维无序排布,导致其光电性能差异显著,尚未达到理想水平。针对此问题,本文以高导电银纤维为研究对象,开发了金属纤维原位直写成形新工艺,重点研究单根银纤维的成形条件、导电性能影响因素、纤维有序排布结构的调控以及纤维排布对其光电性能的影响,最终获得高导电、高透光柔性银纤维透明电极,为金属纤维透明电极的性能调控与优化提供新思路。主要研究成果如下:(1)以硝酸银为源材料、PVP为高分子粘结剂配制前驱体溶液,通过直写工艺实现单根含银离子前驱体纤维原位直写成形,进一步采用紫外灯辐照还原前驱体纤维,成功获得银纤维。研究了紫外辐照条件对银纤维组织、形貌和导电性的影响。结果表明,紫外辐照4小时可以将纤维电阻从9×106Ω降低至90Ω,得到高导电银纤维。(2)通过溶液直写工艺实现银纤维有序排布和纤维结构设计调控,获得不同有序结构银纤维透明电极,如网格形、正六边形、正弦曲线形等。银纤维透明电极具有优良的柔韧性和性能稳定性。将透明电极进行1000次循环大角度弯折、在p H=3~11溶液中腐蚀7天、以及300℃氧化1小时,其导电性能基本保持不变。并且,银纤维与基底紧密结合,经过“胶粘”实验,纤维未出现剥落。(3)通过纤维有序结构调控,使银纤维透明电极同时具有高透光和高导电性,透光率达89%时,方阻低至2Ωsq-1。该透明电极还具有良好的电热效应,其能量密度达到1.47 W cm-2,在柔性电热器件领域有潜在的应用价值。
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