与金属氧化物纳米颗粒一起烧结的银纳米线的柔性透明电极制造技术

公开了由聚合物基质制造的透明电极，所述聚合物基质具有半嵌入其中的烧结的银纳米线复合材料，所述复合材料包含银纳米线和金属氧化物纳米颗粒。化物纳米颗粒。化物纳米颗粒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】与金属氧化物纳米颗粒一起烧结的银纳米线的柔性透明电极
[0001]该国际专利申请要求2021年3月1日提交的美国临时专利申请号63/154,914的权益，其全部内容出于所有目的经此引用并入本文。


[0002]公开了与金属氧化物纳米颗粒一起烧结的金属纳米线的电极、与其相关的方法、和含有该电极的装置。背景
[0003]柔性透明电极是各种新兴柔性光电子器件如光伏元件(PV)、发光二极管(LED)、光电检测器、传感器和触摸屏面板中不可或缺的组件。常规地，铱掺杂的氧化锡(ITO)由于其优异的导电性和透明度而广泛用于大多数电学/光学器件中。然而，ITO膜通过配备有超高真空系统和高能耗的昂贵沉积技术来制造。甚至ITO的铟是稀有且昂贵的材料，这导致全部应用的高制造成本。此外，它具有机械脆性，使其成为对于与新兴柔性器件整合的巨大的挑战。开发ITO电极的新的柔性透明替代是非常合乎需要的。
[0004]在许多有前景的柔性透明电极中，已经证明银纳米线(Ag NW)电极是替代常规ITO电极的潜在候选。这是因为它不仅具有优异的导电性和透明度，而且还具有被描述为延性的机械柔性。此外，Ag NW电极可以通过非常简单、低成本和可容易地扩展的溶液处理方法来实现，所述溶液处理方法例如旋涂、迈耶棒涂覆、刮涂、深涂和空气喷涂纳米线分散体。专利技术概述
[0005]下面给出本专利技术的简化的概述以提供对本专利技术的一些方面的基本理解。本概述并非本专利技术的广泛综述。其既非意在确定本专利技术的关键或重要要素，也非意在描绘本专利技术的范围。相反，本概述的唯一目的是以简化的形式呈现本专利技术的一些概念，作为下文呈现的更详细描述的前序。
[0006]本文中公开了含有聚合物基质的透明电极，所述聚合物基质具有半嵌入其中的烧结的银纳米线复合材料，所述复合材料包含银纳米线和金属氧化物纳米颗粒。
[0007]在一些实施方案中，该金属氧化物纳米颗粒包括硼氢化钠颗粒、氢化锂铝颗粒、氧化锌颗粒、氧化钛颗粒、氧化锡颗粒、镍氧化物颗粒和二异丁基氢化铝颗粒中的至少一种。
[0008]在一些实施方案中，该金属氧化物纳米颗粒包括p型金属氧化物纳米颗粒。
[0009]在一些实施方案中，该金属氧化物纳米颗粒包括n型金属氧化物纳米颗粒。
[0010]在一些实施方案中，该金属氧化物纳米颗粒具有高折射率。
[0011]在一些实施方案中，该聚合物基质包含聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。
[0012]在一些实施方案中，与具有半嵌入其中的包含银纳米线和相同的金属氧化物纳米颗粒的未烧结的银纳米线复合材料的另外的聚合物基质相比，该聚合物基质具有更光滑的表面粗糙度。
[0013]在一些实施方案中，该聚合物基质具有柔性。
[0014]还公开了包括本文中公开的透明电极的可折叠通信装置。还公开了制造透明电极
的方法，该方法包括烧结包含银纳米线和金属氧化物纳米颗粒的复合材料；并使烧结的复合材料半嵌入聚合物基质中。
[0015]在一些实施方案中，所述烧结包括紫外线臭氧表面处理。
[0016]在一些实施方案中，所述烧结进行1分钟至100分钟。
[0017]在一些实施方案中，所述烧结进行10分钟至30分钟。
[0018]在一些实施方案中，所述烧结在用硼氢化钠溶液润湿后进行。
[0019]为了实现前述和相关目的，本专利技术包括下文充分描述并在权利要求中特别指出的特征。以下描述和附图详细阐述了本专利技术的某些说明性方面和实施。然而，这些仅指示了其中可以采用本专利技术的原理的各种方式中的几种。当结合附图考虑时，本专利技术的其它目标、优点和新颖特征将从以下的本专利技术的详述中变得显而易见。附图概述
[0020]图1描绘了公开AgNW:PEDOT与AgNW:氧化物之间的差异的表。
[0021]图2(a)和图2(b)分别显示具有和不具有化学处理的分散在玻璃基底上的裸Ag NW的SEM顶视图图像。图2(c)和图2(d)分别显示处理和未处理的ZnO NP膜的SEM顶视图图像。图2(e)和图2(f)分别显示处理和未处理的Ag NW:ZnO NFS复合材料的TEM图像。图2(e)和图2(f)中的插图分别在AgNW之间的交叉交点的区域中放大。
[0022]图3描绘了表1，其报告了薄层电阻的平均降低的概述。
[0023]图4描绘了AFM图像，其分别显示了通用化学处理之前的ZnO NF膜(图4(a))和通用化学处理之后的ZnO NF膜(图4(b))。未处理的ZnO NF膜分别显示了4.86nm和42.32nm的RMS粗糙度和峰至谷粗糙度(peak
‑
to
‑
valley roughness)。相比之下，处理的ZnO NF膜分别表现出1.52nm和12.81nm的显著降低的RMS粗糙度和峰至谷粗糙度。
[0024]图5描绘了对于通过化学处理的处理和未处理的具有ZnO NP的Ag NW电极复合材料的Ag 3d的XFS谱。处理后的Ag 3d
5/2
和Ag 3d
3/2
峰分别从367.1和373.1eV向367.6和373.6eV的更高结合能位移。专利技术详述
[0025]然而，直接分散在柔性基底上的Ag NW电极显现了稳定性问题，这是由其对基底的弱粘附力所导致，其在机械操作(例如弯曲、拉伸等)下将容易脱落。近来，将Ag NW电极嵌入到聚合物基质中作为一种成功提高粘附力的新技术已经受到关注。所得的嵌入的Ag NW电极表现出对多种机械应力/应变的显著改善的机械稳定性。然而，由于单独的Ag NW的大部分被聚合物基质所掩埋的事实，所以其与相邻层的电荷传输被极度限制为在嵌入的Ag NW电极的顶表面上的非常窄的通道。此外，值得指出，在Ag NW之间的交点处仍然存在松散的化学接触，以及在Ag NW的11001面上仍然存在不连贯的绝缘聚乙烯吡咯烷酮(PVP)配体残基。无论何时在机械操作下，这些仍将不可控地改变其电学性质。此外，Ag NW电极因其化学不稳定性而预期在延长的时间中失去导电性。这样的不稳定性由大气腐蚀对Ag NW电极的巨大影响造成。重要的是应注意，柔性器件的应用同时经受在潮湿条件下伴随连续电偏压的频繁机械操作，然而迄今为止几乎没有关于柔性Ag NW电极的多重操作稳定性的报告。因此，通过化学稳定的材料来实现钝化在聚合物基质中半嵌入的Ag NW的策略性开发是非常合乎需要的，这同时(1)提供具有宽的直接接触表面的更好的载流子传输通道，(2)从Ag NW中消除不连贯的PVP配体，(3)增强Ag NW之间的化学结合，和(4)钝化材料免于水分诱导的
降解，以实现对多重操作耐久的半嵌入聚合物基质中的柔性AgNW电极。
[0026]与Ag NW:FEDOT型纳米线相比，本公开具有不同的特征，特别是对多重操作耐久的柔性Ag NW:氧化物复合电极的稳健的稳定性，所述多重操作例如同时的重复性机械弯曲、连续电偏压和暴露于潮湿条件。尽管FEDOT和氧化物二者均是光电子器件中广泛采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种透明电极，其包含：聚合物基质，其具有半嵌入其中的烧结的银纳米线复合材料，所述复合材料包含银纳米线和金属氧化物纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的透明电极，其中所述金属氧化物纳米颗粒包括硼氢化钠颗粒、氢化锂铝颗粒、氧化锌颗粒、氧化钛颗粒、氧化锡颗粒、镍氧化物颗粒和二异丁基氢化铝颗粒中的至少一种。3.根据权利要求1所述的透明电极，其中所述金属氧化物纳米颗粒包括p型金属氧化物纳米颗粒。4.根据权利要求1所述的透明电极，其中所述金属氧化物纳米颗粒包括n型金属氧化物纳米颗粒。5.根据权利要求1所述的透明电极，其中所述金属氧化物纳米颗粒具有高折射率。6.根据权利要求1所述的透明电极，其中所述聚合物基质包含聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。7.根据权利要求1所述的透明电极，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡植豪，金真旭，
申请(专利权)人：香港大学，
类型：发明
国别省市：