银纳米线塑性变形及其在透明导电膜应用的研究

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银纳米线因其自身优异的性能,被广泛地应用于透明电极、电催化、纳米器件以及导电胶等诸多领域。金属材料在进入纳米尺度后,会产生熔点降低的现象,因此在银纳米线的应用中该现象会对其受热稳定性产生重要的影响。目前尚未有关于银纳米线的塑性变形及加工硬化方面的研究报道。本文以银纳米线的受热稳定性为基础,将超声波压力加工工艺引入到银纳米线的塑性变形研究中。对平均长度30μm,直径50 nm的银纳米线进行受热稳定性研究,DSC测试结果表明银纳米线在220℃、330℃、450℃和960℃左右的四个区域分别出现了四个吸热峰,并结合银纳米线在高温加热后的形貌分析,结果发现:当温度达到200℃以上时,银纳米线开始发生熔断,继续升高温度熔断现象加剧并开始球化,直至温度达到450℃左右全部熔缩为微米银颗粒。银纳米线受热后最先发生熔断,因为其特殊的“竹节状”生长方式,银纳米线上的“竹节”是银纳米线的薄弱区域。因此,银纳米线在200℃以上时将会发生熔断失效。采用超声波压力加工工艺实现了银纳米线塑性变形为银纳米带,银纳米线在发生塑性变形后,也发现了如同常规银在塑性变形后的延展性及加工硬化现象。在该工艺中,超声波时间与压力值的乘积被看作为加工时的“输入能量”,“输入能量”越大,银纳米带的展宽量就越大,并且“输入能量”相同时,银纳米带的展宽量也是相同的。当“输入能量”为0.36 MPa.S时,展宽率可达到70%,并且随着“输入能量”的增大银纳米带会产生节状断裂。对银纳米带通过原子力显微镜进行硬度表征,发现随着银纳米带塑变程度的增加,其硬度也会随之升高。对相同展宽率下的银纳米带和银丝的硬度变化进行对比,结果发现变形程度相同,其加工硬化效果基本一致。将超声波压力加工工艺引入到银纳米线透明导电膜的制备过程中,加工后银纳米线之间搭接处实现有效连接,降低节点电阻从而提高导电性能。对银纳米线表面覆盖率SC为11%的透明导电膜进行“输入能量”为0.03 MPa.S的超声波压力加工,可以获得透过率为90%,雾度为0.9%,35Ω/□的银纳米线透明导电膜。较之于未进行超声波压力加工的导电膜透过率下降了1%,雾度降低了28%,电导率提升了50%。由于银纳米线透明导电膜在经过超声波压力加工后,银纳米线导电网络与基体形成了嵌套结构,稳固地镶嵌在基体之中,从而使导电层与基体间具有很强的粘附力。弯折实验结果表明加工后的导电膜相较于未加工的导电膜,具有较好的耐弯折性。
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