基于银纳米线的透明电极、变色器件的制备与性能

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柔性器件具有成本低、耗能小、绿色环保等优点被广泛研究。柔性电极是柔性电子器件中不可或缺的组成部分,研究和开发高性能柔性导电材料对柔性器件产业的发展起着非常重要的作用。银纳米线(Silver nanowires,AgNWs)作为一种新型纳米材料,具有高的电导率、优异的光学性能以及良好的柔韧性,成为国内外柔性导电薄膜材料领域的研究热点。本论文以乙二醇和硝酸银为原料,采用多元醇法合成银纳米线,通过滴涂法和抽滤转移法在玻璃及柔性其底上制得银纳米线导电薄膜,并与变色凝胶一起组装成电致变色器件,系统研究了银纳米线电极透光性、导电性的影响因素及器件的变色性能。主要研究内容如下:(1)以乙二醇和硝酸银为原料,采用多元醇法合成银纳米线,系统研究了搅拌方式、反应时间、控制剂浓度、控制剂种类、表面活性剂分子量和加入量等对银纳米线形貌的影响,并利用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪和扫描电子显微镜对银纳米线的结构和形貌进行表征。结果表明,磁力搅拌后,银纳米线的直径几乎没有变化,但银纳米线的长度变短,颗粒增多;随着反应时间的延长,银纳米线的长度和直径都逐渐增大;随着控制剂浓度的增大,银纳米线的直径随之增大,且有少量的颗粒和短纳米棒生成;随着单一聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入量的增多,银纳米线的直径先减小后增大;当以不同分子量PVP混合作为表面活性剂,溴化钠为控制剂,反应温度为160℃、反应时间为20min、溴化钠浓度为0.02mol/L时,银纳米线的直径最小(约为25nm)。(2)将合成的银纳米线制备成分散液,在玻璃基片上通过滴涂法和抽滤转移法制得银纳米线透明导电薄膜,探讨了银纳米线分散液浓度以及成膜层数对导电薄膜透过率和电阻的影响。采用紫外-可见分光光度计和数字万用表测定导电薄膜在真空加热、烘干加热、紫外照射和自然放置条件下透过率和电阻的变化。结果表明,对于由滴涂法制得的透明电极,当分散液浓度为2.5mg/ml、层数为8层时,电极的透过率较高(约为68%),电阻较小(78Ω);对于由抽滤转移法制得的透明电极,当银纳米线合成的反应时间为3h、分散液浓度为0.002mol/L时,电极的透过率高达80%,电阻较小为47Ω;透明电极在真空加热、烘干加热、紫外照射和自然放置条件下,其透过率随时间延长略微降低,幅度不大;通过对导电电极在不同条件下电阻的变化分析发现,在真空加热环境中,电极的稳定性最好。(3)在高分子凝胶电解质中,加入乙基紫精二高氯酸盐或二茂铁制备变色凝胶。以该凝胶为变色层,ITO玻璃为电极,组装电致变色器件并对其性能进行研究。结果表明,同时加入乙基紫精二高氯酸盐和二茂铁的复合变色凝胶制得的器件性能较好,在0V-+3V的驱动电压下,由无色变为浅蓝色;在605nm处透过率的变化为28%,着色时间和褪色时间分别为0.1s和0.3s。采用抽滤转移法,将0.2mL的银纳米线分散液(1mg/mL)转移到柔性聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底上,制得透过率达83%、电阻为78Ω的柔性透明电极;将该柔性电极与复合凝胶组装成电致变色器件并对其性能进行研究,发现柔性器件在0V-+3V的外加电压下,由浅黄色变为深蓝色,对比度约为0.534。
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