银纳米线网格低温连接方法及其透明电磁屏蔽膜性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mc76759
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银纳米线薄膜因其潜在的优良导电性、透光性和柔韧性,被认为是当前氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜的最佳替代材料。然而,随着银纳米线密度的提高带来的薄膜导电性的增强,将不可避免地导致薄膜透光性的下降。因此,需从材料尺寸、分布和连接情况等方面考虑,提升银纳米线薄膜的透明、导电综合性能。本论文通过设计、优化银纳米线的分布,并对银纳米线搭接节点进行后处理,获得了具有优异透明导电综合性能的银纳米线单层网格薄膜。将优化后的单层薄膜应用于多层结构薄膜中,制备出性能优异的柔性透明电磁屏蔽膜,并对其作用机理进行研究。本文采用改进的多元醇法,通过调控工艺参数,成功制得具有不同长径比的银纳米线,并研究了银纳米线尺寸对所形成薄膜的透明导电性能的影响。随着银纳米线长径比的提高,银线搭接节点数量的减少,所得薄膜的透明导电性能随之提升。当所用银纳米线的长径比从140提高到777时,在薄膜方阻同为25Ω/sq的情况下,薄膜的透光率将从66.5%提高至91.2%。通过设计网格图案对银纳米线的分布进行优化,研究了网格形状、尺寸及网洞面积占比对银纳米线网格图案薄膜透明导电性能的影响,并利用激光刻蚀/热压转印工艺制备出具有相应网格图案的柔性透明导电膜。通过选择正方形网格图案、缩小网格尺寸和提高网洞面积占比可以有效提高薄膜的透明导电综合性能。此外,相比于随机网络薄膜,银纳米线网格图案表现出更好的柔性性能。本文提出利用电解质溶液处理可以实现银纳米线搭接节点的室温连接,并阐明了在室温下实现银纳米线冶金结合的机理。一方面,在具有一定浓度的电解质溶液的浸泡下,银纳米线表面的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)会由于解吸附作用而被洗脱;另一方面,在银纳米线薄膜不断地浸润—干燥的过程中,伴随着溶剂挥发而产生的毛细作用力将使银纳米线网络搭接更为紧密。这两个因素的共同作用使得银纳米线表面活性增强,从而在其搭接位置发生了原子扩散现象,实现了银纳米线的室温冶金结合,大大提升了薄膜的导电性。经电解质溶液处理后,银纳米线薄膜的方阻降低了60.9%(从67.5Ω/sq降至26.4Ω/sq),而其透光率(约为92.5%)基本保持不变。本文设计了一种新型多层银纳米线网格结构用于制备高性能的透明电磁屏蔽膜。通过研究得到可提高薄膜透光性但不产生明显电磁泄露的适宜的银纳米线网格尺寸,即网格中心距离为250μm,网格线宽为50μm。基于此网格图案,本文利用热压法制得三层银纳米线网格复合结构,其在8~12 GHz频率下的电磁屏蔽效能均高于-42 d B,而当频率为9.5 GHz时,其电磁屏蔽效能值最高可达-62.7 d B,且在550 nm可见光下仍保持67.8%的透过率。对多层银纳米线网格结构增强薄膜透明屏蔽性能的机理进行了研究,采用网格结构可以提高单层薄膜的透明导电性,设计多层结构有利于增强电磁波的层间多次反射损耗作用,因此,将网格结构与多层结构相结合可以克服单层银纳米线薄膜在透明电磁屏蔽性能提升上的局限性,在不损失薄膜透光性的同时,提高薄膜的电磁屏蔽性能,为今后制备具有高透光性和高屏蔽性的电磁屏蔽膜提供了新的设计思路。
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