【摘 要】
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随着柔性晶体管和集成电路的出现和发展,可穿戴式移动电子设备也越来越受到关注。为了实现其多功能性,应用于可穿戴式电子设备的透明电极要求柔性、透明、高导电性和具有良好的抗氧化性。相比于目前透明电极中备受关注的ITO(In_2O_3:Sn)和银纳米线,铜纳米线具有存储量丰富以及价格低廉等特点,所以采用铜纳米线(Cu NWs)制备柔性透明电极有较高的理论研究和实际应用价值。本论文以铜纳米线为研究对象,采用
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随着柔性晶体管和集成电路的出现和发展,可穿戴式移动电子设备也越来越受到关注。为了实现其多功能性,应用于可穿戴式电子设备的透明电极要求柔性、透明、高导电性和具有良好的抗氧化性。相比于目前透明电极中备受关注的ITO(In2O3:Sn)和银纳米线,铜纳米线具有存储量丰富以及价格低廉等特点,所以采用铜纳米线(Cu NWs)制备柔性透明电极有较高的理论研究和实际应用价值。本论文以铜纳米线为研究对象,采用绿色的多元醇而非传统有毒的水合肼作为还原剂制备弯曲型Cu NWs;此外,针对Cu NWs容易被氧化的问题,在铜纳米线的制备基础上,采用静电自组装原理一步法合成了抗氧化性良好的还原氧化石墨烯/铜纳米线复合材料,有效地简化了制备流程;最后,在聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底上,制备了还原氧化石墨烯/铜纳米线透明柔性电极(RGO/Cu NWs FTCE),并探究了在单电极摩擦发电机领域上的应用。多元醇法合成铜纳米线的试验结果表明,分散剂类型、还原剂的比例、结构导向剂的添加量、反应温度和反应时间对铜纳米线形貌有较大影响。其中,由于双醇具有不同的还原效应和电位差,调整双醇的比例可以合成弯曲型Cu NWs。这种分散性良好的、副产物较少的、近似弯曲型的五重孪晶Cu NWs,其直径约为37.9 nm,长度约为33.7μm(长径比≈890),更易于制备石墨烯/铜纳米线复合结构。一步法合成还原氧化石墨烯/铜纳米线(RGO/Cu NWs)复合材料试验表明,氧化石墨烯浓度和油胺与CuCl的摩尔比对复合结构的形貌和性能有较大影响。其中,通过对添加氧化石墨烯(GO)后的复合结构形貌,导电性以及抗氧化能力的测试分析发现最佳的GO浓度为0.83 g/L。最终,成功合成了铜纳米线几乎被RGO覆盖的复合材料形貌,具有良好的导电性和优异的抗氧化能力。抽滤法制备Cu NWs FTCE和RGO/Cu NWs FTCE的试验结果表明,透明电极经1 mg/mL的NaBH4水溶液浸泡150 min后时性能达到最佳。对于Cu NWs FTCE,在透过率88.07%@550 nm处方阻值为30.1Ω/sq,相比冰醋酸处理性能得到进一步提升;对于RGO/Cu NWs FTCE,在透过率87.12%@550 nm处方阻值为58.36Ω/sq。在保持良好的光电性能下,RGO/Cu NWs FTCE相较于Cu NWs FTCE抗氧化性能大幅度提高。此外,所制备的RGO/Cu NWs透明电极,具有良好的抗弯曲和拉伸性能。RGO/Cu NWs柔性透明电极应用于单电极摩擦发电机的试验表明,基于RGO/Cu NWs FTCE的单电极摩擦发电性能良好,输出开路电压达到50 V左右,输出转移电荷达到1.4 nC。所制备的单电极摩擦发电机成功点亮蓝色LED灯阵列;此外,通过设计整流转换电路可成功点亮温度计,在可穿戴电子设备供能方面有较好的应用前景。
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