天津科技大學劉陽&南開梁嘉杰、紀欣宜《Nano Lett.》：基于界面修飾的策略提高透明可拉伸電極的拉伸性、耐久性和穩定性

材料人編輯小單 1年前 (2022-05-04) 1667瀏覽

一、【導讀】

在透明可拉伸電子器件中，透明可拉伸電極有著至關重要的作用。銀納米線由于其優異的導電性和大長徑比，適合用于制備透明可拉伸電極。但是由于剛性銀納米線與柔性基底的模量相差巨大，導致界面相容性差，限制其拉伸性和耐久性。

二、【成果掠影】

作者提出了一種界面修飾的策略：通過納米導電材料與基底的界面修飾，制造具有優異拉伸性、耐久性和穩定性的透明可拉伸電極。使用含有巰基的化合物N,N'-雙(丙烯酰)胱胺（BACA）修飾銀納米線，在銀硫配位作用下，BACA可在銀納米線表面形成一層保護層提高其抗腐蝕性。此外，BACA的末端雙鍵還可與柔性基底發生相互作用，有效緩解拉伸過程中的應力集中。該論文報道的基于銀納米線的透明可拉伸電極具有優異的拉伸性能（160%），良好的耐久性（在50%應變下可循環230,000次），出色的光電性能（透明度為86.5%時方塊電阻為18.0 ohm·sq?1）和對外界環境的抗腐蝕穩定性。該工作以"Tailoring Silver Nanowire Nanocomposite Interfaces to Achieve Superior Stretchability, Durability, and Stability in Transparent Conductors"發表在《Nano Lett.》。

三、【核心創新點】

  1. 提出了一種界面修飾的策略，基于銀納米線材料制備出了具有優異拉伸性、耐久性和穩定性的透明可拉伸電極
  2. 使用含有巰基的化合物對銀納米線進行修飾，提高了銀納米線對環境的穩定性，以及銀納米線與聚合物的相容性，從而提升了透明可拉伸電極的性能

四、【數據概覽】

圖1.?界面修飾的設計策略。

（a）銀納米線和聚氨酯之間界面的不匹配示意圖；

（b），（d）銀納米線/PU基底和修飾后的銀納米線/PU基底在30%應變下的應力分布模擬結果；

（c）界面修飾策略。

圖2.?

(a) 銀納米線/玻璃基底, 銀納米線-BACA/玻璃基底, 銀納米線/PU基底和銀納米線-BACA/PU基底的光電性能；

(b) 銀納米線/PU基底和銀納米線-BACA/PU基底透明可拉伸電極的應變與方塊電阻之間的關系；

(c) 銀納米線/PU基底和銀納米線-BACA/PU基底在未拉伸狀態和50%拉伸狀態下的掃描電鏡圖；

(d-e) 銀納米線-BACA/PU基底在不同應變速度和不同應變大小下電阻的變化；

(f-g) 銀納米線/PU基底和銀納米線-BACA/PU基底的循環穩定性；

(h) 與其他透明可拉伸電極性能的比較。

圖3. 銀納米線-BACA/PU基底透明可拉伸電極和銀納米線-BACA/玻璃基底的抗腐蝕性能對比（a，d，g）及掃描照片（b，c，e，f，h，i）。

圖4. 基于銀納米線-BACA/PU基底透明可拉伸電極的4×4陣列距離傳感器（a）照片；（b）示意圖；（c）不同拉伸狀態下性能；（d）對于手部靠近的探測。基于銀納米線-BACA/PU基底透明可拉伸電極的發光器件（e）示意圖；（f）在不同拉伸狀態下正常工作的照片。

五、【成果啟示】

作者提出了一種普適性的界面修飾的策略，并通過使用含有巰基的化合物N,N'-雙(丙烯酰)胱胺對銀納米線進行修飾，制備得到的透明可拉伸電極的拉伸性、耐久性和穩定性得到了大幅度提升。

該研究工作得到了國家自然科學基金和天津市自然科學基金項目的資助與支持。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c00876

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