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
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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