基于金属纳米复合结构的半透明电极制造技术

本发明专利技术提出了光电子技术领域内的一种基于金属纳米复合结构的半透明电极，半透明电极由金属纳米线和金属纳米粒子构成，在随机排列的金属纳米线网络中加入金属纳米粒子，本发明专利技术在金属纳米线网络电极中加入金属纳米粒子，利用金属纳米粒子等离子体共振和金属纳米粒子与金属纳米线之间的共振耦合作用，使电极附近的电场增强，从而增强电极的电荷注入效率。

Translucent electrode based on metal nanocomposite structure

The invention proposes a translucent electrode based on metal nano composite structure in the field of optoelectronic technology. The translucent electrode is composed of metal nanowires and metal nano particles, and metal nano particles are added to the randomly arranged metal nano wire network. The invention adds metal nano particles to the metal nano wire network electrode, and uses the metal nano particles plasma resonance and The resonance coupling between metal nanowires and metal nanowires enhances the electric field near the electrode, thus enhancing the charge injection efficiency of the electrode.

【技术实现步骤摘要】
基于金属纳米复合结构的半透明电极
本专利技术涉及一种电极，具体的说是一种半透明电极，属于光电子

技术介绍
随着新一代柔性电子设备的快速发展，传统的电极材料铟锡氧化物(ITO)较脆、制备工艺复杂以及价格高昂等缺点，越发显示出局限性。因此，新型的柔性导电材料，如碳纳米管、石墨烯以及金属纳米线等应运而生。其中，由于纳米尺寸效应和银纳米线(AgNWs)本身固有的高导电率、高长径比以及良好的柔韧性等特点，被公认为是最具前景的ITO替代材料。迄今为止，通过棒涂、喷涂等方法得到的金属纳米线通常呈现随机分布网络，相当一部分金属纳米线不会对电荷传输做出贡献，同时还会降低透明度。若要通过增大金属纳米线网络的密度来提高导电率，则其透过率会降低。所以提高金属纳米线柔性电极的性能，要考虑其导电性以及透光率这两方面的问题。当光线入射到金属纳米颗粒上时，如果入射光子频率与金属纳米颗粒或金属岛传导电子的整体振动频率相匹配时，纳米颗粒或金属岛会对光子能量产生很强的吸收作用，就会发生局域表面等离子体共振(LSPR:localizedSurfacePlasmonResonance)现象。有研究表明，形状尖锐的金属纳米粒子，其局域表面等离子体共振比较强烈，能产生较强的共振电场。本专利技术将金属纳米粒子加入到金属纳米线网络电极中，利用金属纳米粒子的局域表面等离子体共振特性以及纳米线与纳米粒子相互作用激发的耦合电场，来增强半透明电极的电场强度，从而增强电极载流子的注入效率，提高电极的电荷传输能力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于金属纳米复合结构的半透明电极，使得电荷具有较高的传输效率。本专利技术的目的是这样实现的：一种基于金属纳米复合结构的半透明电极，所述半透明电极由金属纳米线和金属纳米粒子构成，在随机排列的金属纳米线网络中加入金属纳米粒子。作为本专利技术的进一步限定，金属纳米线的长为1-50µm，金属纳米线直径为30-70nm，金属纳米粒子的粒径在金属纳米线直径±20nm范围内。作为本专利技术的进一步限定，所述金属纳米线网络中金属纳米线的占空比为20%-30%，金属纳米粒子的覆盖率为0.2%-0.6%。作为本专利技术的进一步限定，所述金属纳米粒子具有棱、角等比较尖锐的形状。作为本专利技术的进一步限定，所述金属纳米粒子与金属纳米线之间有一定的距离，距离范围为5-10nm。作为本专利技术的进一步限定，所述金属纳米粒子外包裹有透明绝缘材料，以调节金属纳米粒子与金属纳米线之间的距离。所述透明绝缘材料为二氧化硅或聚苯乙烯磺酸钠。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1.本专利技术在金属纳米线网络电极中加入金属纳米粒子，利用金属纳米粒子等离子体共振和金属纳米粒子与金属纳米线之间的共振耦合作用，使电极附近的电场增强，从而增强电极的电荷注入效率；2.本专利技术中金属纳米粒子的粒径在金属纳米线直径±20nm范围内，能有效增强电极附近电场，但是不会明显增加电极的表面粗糙度；3.采用对纳米粒子包裹绝缘透明介质材料的方法，既能有效调节电极中金属纳米线与金属纳米粒子之间的距离，使耦合共振效果更佳，也有助于金属纳米粒子不发生氧化和团聚，更好地实现设计目标；4.使用带有棱角的纳米粒子，使共振电场更强，更加有利于提高电极附近电场，提高电极的电荷注入能力；5.金属纳米粒子的覆盖率经过仔细的设计和计算，对电极整体的透过率影响较小，保证电极可用做透明电极。附图说明图1为本专利技术的结构。图2为实施例一所述电极透过率随占空比的变化情况。图3为实施例二所述电极透过率随粒径大小的变化情况。图4为实施例二所述电极电场强度随粒径大小的变化情况。图5为实施例三所述电极透过率随银纳米线与银纳米间距变化情况。图6为实施例三所述电极电场强度随银纳米线与银纳米立方间距变化情况。图7为实施例四所述电极透过率与消光率随银纳米立方覆盖率的变化结果。图8为实施例五所述电极电场强度随纳米粒子材料的变化情况。图9为实施例五所述电极电场强度随纳米粒子形状的变化情况。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：实施例1：用长1µm、直径30nm的银纳米线构成银纳米线电极网络，改变电极网络中纳米线的占空比；图2为银纳米线电极网络透过率在400-480nm波段内随占空比的变化情况；可以看出，银纳米线电极网络透过率随占空比的减小而增大，占空比小于30%时，电极透过率可以基本保证在80%以上。由于占空比不宜过小，故选取占空比在20%-30%的范围内。实施例2：占空比为22%的银纳米线电极网络加入银纳米立方，银纳米线长为1.2µm、直径为50nm，银纳米线与银纳米立方之间的距离为5nm，银纳米立方在电极中的覆盖率为0.55%。图3为改变银纳米立方的粒径，银电极透过率在400-480nm波段内的变化情况，可看出加入纳米粒子后电极光透过率仍在80%以上。由图4看出，加入纳米立方后银电极的电场增强。粒径小于纳米线直径的纳米立方，对电场增强的效果较弱；粒径为50nm、60nm的纳米立方，对银电极电场增强的效果较好，当粒径再增大，纳米立方增强电极电场的效果减弱；综合考虑电场增强的效果，选取纳米立方的粒径在银纳米线直径±20nm范围内，能够在保证较高透过率的前提下，对银电极有电场增强的效果。实施例3：占空比为22%的银纳米线电极网络，银纳米线长为1.2µm、直径为50nm，加入60nm的纳米立方，银纳米立方在电极中的覆盖率为0.4%。图5为改变银纳米立方与纳米线之间的距离，银电极透过率在400-480nm波段内的变化情况，可看出改变间距后，银电极的光透过率保持在80%以上。由图6看出，加入纳米立方后银电极电场增强。间距在10nm以内时，随着间距的增加，银电极的电场强度也随之增加；当间距大于10nm后，纳米立方对电极电场增强的效果变化不大；综合考虑，纳米线与纳米立方的间距在5-10nm时，其对银电极电场增强效果较好。实施例4：占空比为22%的银纳米线电极网络，银纳米线长为1.2µm、直径为50nm，加入50nm的纳米立方，纳米立方与纳米线之间的距离为6nm。图7为改变纳米立方的覆盖率（数量），银电极透过率和消光率在400-480nm波段内的变化情况。由图7可看出，银电极的透过率随纳米立方覆盖率的增加而减小，消光率随纳米立方覆盖率的增加而增大。当粒子覆盖率小于0.6%时，电极的透过率在80%以上，且消光率增大，电场增强。实施例5：占空比为30%的银纳米线电极网络，银纳米线长为50µm、直径为70nm，加入50nm的金属纳米粒子，纳米粒子与纳米线之间的距离为5nm。改变纳米粒子的材料、形状，观察电极附近场强的变化情况；其中图8为电场强度随加入纳米粒子的材料的变化情况，图9为电场强度随加入纳米粒子的形状的变化情况；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于金属纳米复合结构的半透明电极，其特征在于：所述半透明电极由金属纳米线和金属纳米粒子构成，在随机排列的金属纳米线网络中加入金属纳米粒子。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于金属纳米复合结构的半透明电极，其特征在于：所述半透明电极由金属纳米线和金属纳米粒子构成，在随机排列的金属纳米线网络中加入金属纳米粒子。


2.根据权利要求1所述的基于金属纳米复合结构的半透明电极，其特征在于：金属纳米线的长为1-50µm，金属纳米线直径为30-70nm，金属纳米粒子的粒径在金属纳米线直径±20nm范围内。


3.根据权利要求1所述的基于金属纳米复合结构的半透明电极，其特征在于：所述金属纳米线网络中金属纳米线的占空比为20%-30%，金属纳米粒子的覆盖率为0.2%-0.6%。


4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓玲玲，周文棋，李珏，李易年，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32