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蘇州納米所印刷電子團隊在蛇形金屬網(wǎng)格高拉伸透明電極研制方面取得重要進(jìn)展

臺州拼版印刷2年前 (2023-02-09)印刷16
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通明電極是光電顯示范疇的重要根底質(zhì)料,跟著(zhù)柔性電子手藝的鼓起,ITO那一典范通明導電質(zhì)料因脆性易碎及阻抗較高已逐步不克不及滿(mǎn)足柔性器件,出格是大尺寸光電器件的需求。隨之導電聚合物、碳納米管、石墨烯、納米銀線(xiàn)等新型柔性電極及其光電器件得到了普遍的研究。但高透過(guò)、低方阻的電極從本征質(zhì)料角度很難兼顧實(shí)現。為此,中科院蘇州納米所印刷電子團隊在崔錚研究員率領(lǐng)下連系納米壓印工藝及印刷填充納米導電銀漿自主研發(fā)了圖案化嵌入式金屬網(wǎng)格通明導電膜。那一構造質(zhì)料不只徹底處理了高透光與高導電不成兼得的難題,還在觸控屏上實(shí)現大規模量產(chǎn),締造產(chǎn)值數十億,該手藝榮獲2014年中國專(zhuān)利金獎與印刷電子全球更佳造造手藝年度獎。

印刷電子團隊爾后陸續研究了金屬網(wǎng)格做為通明電極應用于OLED、OPV、電致變色等光電器件和通明電加熱手藝中,并獲得了系列重要停頓(ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, *7048-*7054; Scientific Reports,2017,7, 1*2*9; Sol. RRL 2018, 1800118; Adv. Sci. 2019, 1901490; Adv. Electron. Mater. 2019, 1800991;Adv. Mater. Technol. 2022, 22010*7; Adv. Mater. 2022, *4, 211027*.)。近幾年來(lái),織物可穿戴、皮膚電子手藝等得到了快速開(kāi)展,那對光電質(zhì)料與器件的力學(xué)柔性應變性能(如彎曲、折疊、扭曲和必然拉伸形變下能一般工做)提出了更高的要求。團隊為領(lǐng)會(huì )決該問(wèn)題,連系應用需求開(kāi)發(fā)了蛇形金屬網(wǎng)格剝離與轉移手藝,開(kāi)發(fā)了可拉伸金屬網(wǎng)格通明電極,并應用在超聲換能器陣列、表皮加熱和織物發(fā)光器件中(Adv. Electron. Mater. 2021, 2100*11,ACS Appl. Mater. Interfaces,DOI:10.1021/acsami.2c20*81)。但其拉伸不變性尚存不敷,拉伸20個(gè)輪回即會(huì )失效。

近日,中科院蘇州納米所印刷電子團隊等進(jìn)一步優(yōu)化了網(wǎng)格構造的設想,連系網(wǎng)格剝離與轉移工藝,開(kāi)發(fā)了一種高導電性、高透光率和多向可拉伸的金屬網(wǎng)格通明電極。該電極在80%的透光率下,能實(shí)現0.12 Ω/sq的導電性,其FoM值高達15000,是目前報導的更高FoM值的可拉伸通明電極。且在1*0%的拉伸強度下,電阻連結5%以?xún)鹊淖兏?,同時(shí)4個(gè)標的目的同時(shí)拉伸50%時(shí),導電性幾乎連結穩定,展示了優(yōu)良的多向拉伸性能。為了證明該可拉伸通明電極的功用性,操縱其造備了可拉伸的電致發(fā)光器件,在120%的拉伸下,仍連結平均的發(fā)光;并在*0%的拉伸強度下,輪回拉伸100次,發(fā)光器件仍可一般工做。該研究功效展示了可拉伸金屬網(wǎng)格通明電極在有拉伸要求的可穿戴光電顯示應用方面的潛力。

圖1. 可拉伸金屬網(wǎng)格通明電極的造備流程圖、SEM和光電性能比力

圖1a展現了可拉伸金屬網(wǎng)格通明電極造備的工藝流程,詳細步調如下:起首,銅網(wǎng)格的構成:先通過(guò)納米壓印在PET襯底上構成所需的凹槽,再利用刮填納米銀漿和電堆積銅層相連系的體例,在凹槽中構成銀/銅網(wǎng)格;其次,銅網(wǎng)格的剝離:操縱微粘膜與銅網(wǎng)格外表停止貼附,把銅網(wǎng)格轉移到微粘膜上;最初,粘彈性襯底的澆筑與剝離:在粘附有銅網(wǎng)格的微粘膜外表澆筑PDMS質(zhì)料,并固化,再揭下PDMS,從而構成可拉伸的金屬網(wǎng)格通明電極。圖1h展現了該法造備的可拉伸通明電極的透光率和導電特征。

圖2. 可拉伸通明電極的拉伸性能表征和力學(xué)模仿

團隊還別離研究了四種差別設想構造的拉伸性能差別。在較小的拉伸強度下,四種構造都連結穩定的電阻。跟著(zhù)拉伸強度的加大,四種構造別離展示紛歧樣的拉伸性能,構造振幅設想越大,拉伸性能越好。關(guān)于振幅為100μm的正弦曲線(xiàn)構造,具有更好的拉伸性能,在1*0%的拉伸強度下,電阻幾乎連結穩定,那次要是此種構造具有更大的理論構造形變量。

在拉伸輪回不變性方面,圖2c顯示:角度為21*°的馬蹄形構造在*0%的拉伸強度下,可輪回拉伸2*0次,并連結不變的導電性,明顯優(yōu)于其它外形構造。理論計算表白差別的構造在拉伸過(guò)程中,波峰和波谷所受的力紛歧樣,而在不異振幅和周期下,當拉伸*0%時(shí),馬蹄形構造所受的力最?。▓D2h-k),因而具有更好的拉伸輪回性能。

圖*. 可拉伸通明電極的多標的目的拉伸性能、曲面貼附性和附出力性能表征

團隊還對可拉伸金屬網(wǎng)格的性能停止系統的研究,如多標的目的拉伸性能、曲面共形貼擁護附出力性能等。如圖*b,在4個(gè)差別標的目的停止同時(shí)拉伸時(shí),也表示出優(yōu)良的導電性,在50%的拉伸強度下,各個(gè)標的目的電阻幾乎連結穩定。同時(shí)貼附于曲面襯底后(如圓柱形、半球形等),電阻連結穩定。因為金屬網(wǎng)格是嵌于PDMS襯底中,具有優(yōu)良的附出力,操縱百格嘗試*M膠帶粘附測試20余次,網(wǎng)格構造始末未發(fā)現破損。

圖4. 基于雙面均為可拉伸金屬網(wǎng)格通明電極的發(fā)光器件拉伸性和輪回性能表征

最初,操縱高性能的金屬網(wǎng)格通明電極,造備了可拉伸的ZnS電致發(fā)光器件。如圖4所示,發(fā)光器件在120%的拉伸強度下,仍連結平均的發(fā)光,未發(fā)現明顯黑斑現象。同時(shí),在*0%的拉伸強度下,發(fā)光器件顛末100次的拉伸輪回后,器件仍能一般工做。該研究功效展現了印刷蛇形構造金屬網(wǎng)格通明電極在可拉伸光電器件中的性能優(yōu)勢,可做為將來(lái)織物可穿戴、皮膚電子等范疇光電器件的拉伸通明電極。

相關(guān)工做以Highly Conductive Omnidirectionally Stretchable 2D Transparent Copper Mesh Electrodes and Applications in Optoelectronic Devices為題頒發(fā)在A(yíng)dvanced Materials Technologies上。中科院蘇州納米所高級工程師陳小連、北京航空航天大學(xué)碩士生陳嘉昀和中國科學(xué)手藝大學(xué)納米學(xué)院碩士生黃利鵬為文章配合第一做者,通信做者為蘇州納米所陳小連、蘇文明研究員,北京航空航天大學(xué)李宇航傳授和蘇州納米所崔錚研究員。該工做獲得國度天然科學(xué)青年基金、江蘇省青年基金和中國博士后項目標幫助。

來(lái)源:蘇州納米所

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