Verbetering van flexibele transparante geleiders: UV-na-behandeling van koper-nanodraad mesh-films

Samenvatting

Koper-nanodraden hebben het potentieel om de prestaties van indium-tin-oxide (ITO) te benaderen en zelfs te overtreffen als flexibele transparante geleidende elektroden. Echter, voor grootschalige productie moeten ze op een hoge-snelheid, lage-kosten manier gefabriceerd worden, zonder het flexibele substraat te degraderen. Een van de grootste knelpunten zit in de na-behandeling die gebruikt wordt om organische residuen van het oppervlak van de nanodraden te verwijderen na het vormen van de transparante elektrode, wat noodzakelijk is om hoge opto-elektronische prestaties te verkrijgen. Hier stellen we een ultra-violett bestraling en een daaropvolgende azijnzuurbad voor als een eenvoudige, schaalbare, snelle na-behandeling. Na slechts 2 minuten ultra-violett behandeling, gevolgd door 10 minuten zuurbad, werden een R_s van 42 Ω vierk en een T_{550 nm} van 87% gemeten. Bovendien behielden koper-nanodradelektroden hun hoge transparantie in het bereik 750–2500 nm, wat ze goede kandidaten maakt voor toepassingen zoals infrarood zonnecellen.

Achtergrond

Het gebruik van transparante geleidende elektroden (TCEs) is essentieel in veel alledaagse apparaten zoals touchscreens, displays, zonnecellen en lichtemitterende diodes [1–5]. Eisen voor dat type component zijn uitstekende opto-elektronische eigenschappen passend bij de gewenste toepassingen en een lage-kosten, grootschalige productiemethode. De TCE-transparantie bij een golflengte van 550 nm, T_{550 nm}, is typisch ca. 90%. Hun vlekweerstand, R_s, kan variëren van ≤ 20 Ω vierk voor zonnecellen tot ≥ 100 Ω vierk voor capacitieve touchscreens [1–5].

Op dit moment is indium-tin-oxide (ITO) het meest voorkomende materiaal voor TCEs, maar het presenteert verschillende nadelen. Het is duur door de schaarste van indium en het trage fysieke dampdepositieproces. Bovendien is het broos [1–5], wat het gebruik voor organische, flexibele of buigbare toepassingen belemmert. Inderdaad, het vormt micro-krakjes na een paar buigcycli, wat de elektrische geleidbaarheid van de TCE aanzienlijk vermindert [6–10]. Om deze problemen aan te pakken, hebben onderzoekers zich gericht op diverse alternatieve materialen zoals poly(3,4-ethylenedioxythiofeen) poly(styreensulfonaat) [11, 12], grafeen [13, 14], koolstofnanobuizen [15, 16], Ag-nanodraden (NWs) [17–19] en Cu NWs [3, 5]. De laatste is een van de meest veelbelovende materialen door Cu-overvloed, lage kosten en hoge elektronische geleidbaarheid [3, 5]. Bovendien kunnen Cu NWs gefabriceerd worden door een lage-kosten, grootschalige, natte chemische synthetisering [20–22] en gedeponeerd met een lage-kosten, hoge-snelheid, roll-to-roll (of reel-to-reel, R2R) proces [6, 9]. Tenslotte stelt hun hoge flexibiliteit de TCE in staat om stabiele prestaties te behouden zelfs na 1000 buigcycli [7, 8, 10, 23, 24].

De Cu NW chemische synthetisering omvat een capping-agent, doorgaans een alkylamine zoals oleylamine (OM) [10, 22, 24–27], octadecylamine [28, 29], hexadecylamine [8, 20, 30, 31] of ethylenediamine [7, 21, 23, 32], wat Cu-nanodeeltjes (NPs) laat anistropisch groeien. De NW aspectratio (lengte/diameter) is van het grootste belang omdat hoe hoger hij wordt, hoe lager het oppervlaktebedekkingspercentage door de NWs hoeft te zijn om een percoleerd netwerk te verkrijgen en hoe transparanter de TCE is [33–36]. Echter, die capping-agenten laten residuen op het oppervlak van de NWs achter, zelfs na uitgebreid wassen in diverse oplosmiddelen. Bovendien, vóór de TCE-vorming, worden de NWs vaak in suspensie gebracht in een nano-ink met een dispersiemiddel zoals polyvinylpyrrolidone (PVP) [22, 23, 26, 30] of nitrocellulose [7, 32]. Al die organische residuen belemmeren het goede contact van de NWs in de mesh-film, en daardoor verlagen ze de TCE-geleidbaarheid aanzienlijk. Inderdaad, Mutiso et al. lieten zien dat de vlekweerstand van een NW TCE bijna gelijk is aan de contactweerstand tussen de NWs [36].

Daarom is een na-behandeling noodzakelijk om organische residuen te verwijderen na het vormen van een Cu NW TCE. Het is doorgaans een hoge-temperatuurbehandeling onder vacuüm [24, 25], inert [22], reducerend (zuiver H₂) [7] of vormend (5% H₂–95% inert gas) [26, 27] atmosfeer. Dit voorkomt Cu-oxidatie tijdens het verwijderen van organische residuen en het smelten van de NW-kruispunten. Echter, dit past noch bij een hoge-snelheid, lage-kosten productie noch bij een lage-smelttemperatuur, flexibel, polymere substraat. Daarom zijn alternatieve na-behandelingen getest en hebben zeer veelbelovende resultaten gegeven. Behandelingen met melkzuur [8], chloorwaterstofzuur [30], propionzuur [27] of azijnzuur [10, 29], bijvoorbeeld, bleken zeer efficiënt om organische residuen van het oppervlak van Cu NWs te verwijderen zonder de polymere substraten te beschadigen. Na een azijnzuurbehandeling verkreg Mayouse et al. polyetheen-naftalaat-ondersteunde TCEs met R_s waarden van 9 en 55 Ω vierk voor een respectieve T_{550 nm} van 88 en 94% [29]. Met hetzelfde zuur ontwikkelde Wang et al. TCEs op polyetheentereftalaat (PET) substraten met een R_s van 30 en 60 Ω vierk voor respectieve T_{550 nm} waarden van 83 en 90% [10]. Bovendien liet fotonische sintering met xenon-flitslamp-pulsen toe om de NW-kruispunten te smelten terwijl ongewenste organische stoffen in omgevingslucht in enkele milliseconden werden verwijderd [31, 37]. Ding et al. rapporteerden 23 Ω vierk voor T_{550 nm} = 82% [37]. Mallikarjuna et al. verkreg een R_s van 110 en 170 Ω vierk voor een T_{550 nm} van 90 en 95%, respectievelijk [31]. Dus, hoewel fotonische sintering erg veelbelovend lijkt, moeten verdere inspanningen worden gedaan om R_s < 100 Ω vierk met T_{550 nm} ≥ 90% te verkrijgen.

In dit werk synthetiseerden we hoge aspectratio Cu NWs met OM als oplosmiddel, capping en reducerend agent, en een nikkel(II)-soort als katalysator. De NWs werden vervolgens gedispergeerd in een ink en gecoate op flexibele PET-substraten om TCEs te vormen. Een na-behandeling was noodzakelijk om zowel hoge geleidbaarheid (42 Ω vierk) als transparantie (87% in het zichtbare bereik) te verkrijgen. Het betrof een bestraling onder een ultra-violett (UV) lamp, gevolgd door een azijnzuurbad, die beide compatibel zijn met een R2R-proces [6, 9, 38, 39]. De UV-behandelde Cu NW TCEs werden vergeleken met conventioneel, thermisch behandelde Cu NW TCEs en met commerciële ITO.

Experimentele Sectie

Koper(II)chloride dihydraat (CuCl₂·2H₂O, ≥ 95,0% zuiver), nikkel(II)acetaat tetrahydraat (Ni(C₂H₃O₂)₂·4H₂O, ≥ 99,0% zuiver), OM (C₁₈H₃₇N, 70% zuiver), anhydraat hexaan (C₆H₁₄, 95,0% zuiver), azijnzuur (C₂H₄O₂, ≥ 99% zuiver), ethylacetaat (C₄H₈O₂, ≥ 99,7% zuiver) en PVP ((C₆H₉NO)_n, 10.000 g mol⁻¹) werden aangeschaft bij Sigma Aldrich UK. Isopropylalcohol (IPA, C₃H₈O, ≥ 99,5% zuiver), PET-substraten ((C₁₀H₈O₄)_n, 125 ± 25 µm dik) en een glas-ondersteunde ITO TCE werden aangeschaft bij Fisher Scientific UK, Goodfellow UK en Optics Balzers, Liechtenstein, respectievelijk. Alle chemicaliën werden zoals ontvangen gebruikt.

Het Cu NW synthetiseringsproces was gebaseerd op een katalytische methode eerder gerapporteerd door Guo et al. [25]. 0,4092 g (2,4 mmol) CuCl₂·2H₂O, 0,2986 g (12 mmol) katalytisch Ni(C₂H₃O₂)₂·4H₂O, 25 mL OM en een magnetische roerstaf werden in een 50-mL ronde-bodemkolba toegevoegd. De kolba werd in een oliebad op een magnetische roer-hotplate (model 3810000 RCT Basic IKAMAG, IKA) geplaatst en verbonden met een refluxkolom met een top, in-line, olie-bubbler. De oplossing werd eerst 30 minuten verwarmd bij 90 °C onder een vigoureuze 800-toeren/min roering en een constante N₂-stroom om O₂(g) en water-sporen te verwijderen. In dat stadium was de oplossing blauw. Daarna werd de temperatuur verhoogd tot 190 °C om Cu²⁺-ionen te reduceren en Cu⁰-zaadjes te vormen, en de kleur van de oplossing werd progressief rood. Na 30 minuten werd de roering gestopt en de oplossing 16 uur bij 190 °C onder N₂ gehouden om de Cu NWs te laten groeien vanuit de zaadjes. Ten slotte werd de verwarming gestopt en de oplossing natuurlijk afgelaten koelen.

De oplossing werd overgebracht naar een 50-mL fiool en achtereenvolgens gewassen met hexaan, IPA, azijnzuur en opnieuw IPA. In elk oplosmiddel werden de Cu NWs 2 minuten in handmatige modus gevortexd (model Topmix FB15024, Fisher Scientific) en vervolgens gecentrifugeerd bij 4000 toeren/min (model AccuSpin 400, Fisher Scientific). Centrifugatie duurde 20 min in hexaan en 2 min in de andere oplosmiddelen. Ten slotte werden de Cu NWs geïncorporeerd in een ink samengesteld uit 26 vol% ethylacetaat en 74 vol% IPA met 0,5 wt% PVP. De Cu NW-ink werd 30 minuten gevortexd bij 10 Hz voor opslag. De Cu NW-concentratie in de ink was 10 of 20 mg mL⁻¹.

Voordat de coatings werden uitgevoerd, werd de Cu NW-ink nogmaals gevortexd bij 10 Hz gedurende 5 minuten. Om een 10 × 10-cm² PET-substraat te coaten, werden 100 µL ink genomen met een micropipet en op het substraat geplaatst om een rechte vloeistoflijn parallel aan de bovenrand te vormen. De ink werd onmiddellijk en snel over het PET-substraat verspreid met een Meyer-staaf (N°4 van Dyne Testing UK, wat een ca. 10,2-µm dik natte film geeft). Alle oplosmiddelen verdampten na enkele seconden bij kamertemperatuur.

Twee verschillende na-behandelingen werden geïmplementeerd op de verkregen Cu NW TCEs om organische residuen (OM en PVP) te verwijderen. Sommige TCEs ondergingen een thermische behandeling bij 200, 210, 220, 230, 240 of 250 °C gedurende 1 uur onder N₂ in een buisoven (model MTF 10/25/130, Carbolite). De andere ondergingen een UV-bestraaling in omgevingslucht gedurende 2, 4 of 6 minuten met een 430-W lamp (model UVASPOT 400/T, Honle). De lamp was uitgerust met een kwikdampbol (H-type), en de afstand tussen de bol en de monsters was 30 cm. Na zowel thermische als UV-behandelingen werden TCEs 10 minuten in zuiver azijnzuur gedoopt om organische stoffen en mogelijke oxidessporen verder te verwijderen.

De structuur van de Cu NWs werd bepaald met een röntgendiffractometer (XRD, model D5005, Siemens) met een Bragg-Brentano-configuratie-kamer, een Cu-antikatode (K_α = 0,154184 nm) en een achter-monochromator. De röntgenpatronen werden geïndexeerd met DIFFRAC.SUITE EVA-software (Bruker AXS) met de JCPDS-bestandendatabase. De microstructuur en samenstelling werden gekarakteriseerd met een scanning elektronenmicroscoop uitgerust met een veld-emissie-geweer (FEG-SEM, model XL30 SFEG, Philips) en een in-situ energie-dispersieve spectrometer (EDS, Oxford Instruments-AZTEC). De TCE-vlekweerstand en transmissie werden gemeten met de vier-punt-methode (model 3007 A, Kulicke & Soffa) en een UV-Vis/NIR (nabij-infrarood) spectrofotometer (model V-670, JASCO), respectievelijk.

De fabricageparameters van diverse TCEs, evenals hun ID, R_s en transparantie, zijn samengevat in Tabel 1. Echter, de TCEs die een R_s hadden die zo hoog was dat het niet gemeten kon worden door de vier-punt-methode, zijn niet in deze tabel opgenomen en hebben geen specifieke ID.

Resultaten en Discussie

De gesynthetiseerde, gewassen Cu NWs vertoonden een hoge aspectratio van ca. 1000 (gemiddelde lengte en diameter van 70 µm en 70 nm, respectievelijk) met zeer weinig kubische NPs, zoals gezien in Fig. 1a. De aanwezigheid van de laatste suggereert trage Ni²⁺-reductiekinetiek [3]. Het XRD-patroon van Fig. 1b bewijst dat de NWs gemaakt waren van Cu met een vlakgecentreerde kubieke structuur Fm3m (in overeenstemming met PDF-bestand 04-0836), zonder enige secundaire fase gedetecteerd binnen de limiet van het apparaat (ca. 5 wt%). In het bijzonder is er geen diffractiepiek corresponderend met een koperoxide of een Ni-bevattende fase. De hoge zuiverheid van de Cu NWs wordt verder bevestigd door het EDS-spectrum in Fig. 1c. De sporen van koolstof en zuurstof werden toegeschreven aan niet-kristallijne OM-residuen aangezien geen andere fase dan zuiver Cu werd onthuld door XRD, en het is bekend dat het zeer moeilijk is om alle OM zonder na-behandeling te verwijderen [10, 25, 27]. Geen spoor van Ni werd gevonden binnen de detectielimiet van de EDS (ca. 0,1 wt%), wat bevestigt dat zijn rol tijdens de synthetisering voornamelijk katalytisch was zoals eerder beschreven [25, 26]. Het silicium komt overeen met de wafer die de NWs ondersteunde tijdens de EDS-analyse en het goud en palladium, met de metaalnano-coating gebruikt om de monstergeleidbaarheid te verbeteren en dus de analysekwaliteit.

Na het vormen van de TCEs met een Meyer-staaf, werden ofwel thermische ofwel UV-na-behandelingen gebruikt om OM- en PVP-residuen van het Cu NW-oppervlak te verwijderen en ze te proberen te smelten. Figuur 2 toont het oppervlak van TCE #3 waar de NWs een percoleerd netwerk vormen, wat noodzakelijk is voor de TCE om geleidend te zijn door heel zijn oppervlakte. De NWs lijken heel goed gedispergeerd, zonder enige aggregaat of bundel die de TCE-transparantie zou verminderen. Dit bevestigt dat de Meyer-staaf-coating een eenvoudig, snel en efficiënt proces is om grootschalige, goed-gedispergeerde, percoleerde NW TCEs te verkrijgen [2, 7, 32].

Figuur 3 toont thermisch behandelde TCEs, met gesmolten (Fig. 3a) en PET-geencapsuleerde (Fig. 3b) Cu NWs. Inderdaad, tijdens de thermische behandeling zijn NW-smelting en encapsulatie twee fenomenen in concurrentie. Aan de ene kant induceert de warmte de smelting van de Cu NW-kruispunten, wat verwacht wordt om de TCE-geleidbaarheid aanzienlijk te verhogen door de contactweerstand tussen de NWs te verlagen. Aan de andere kant, door de lage glasovergangstemperatuur (70 °C), wordt het PET zacht tijdens de thermische behandeling. Dit zorgt ervoor dat de Cu NWs in het polymere substraat inslibben en dus een verlies van geleidbaarheid. De uitdaging is dus om te opereren bij een temperatuur waarbij de smelting de encapsulatie overstijgt, wat de TCE-geleidbaarheid over het geheel verhoogt. Het werd gevonden dat smelting en encapsulatie-fenomenen dominant waren bij 220 °C (TCE #1) en 230 °C (TCE #2), respectievelijk. Na een thermische behandeling bij 200 of 210 °C kon geen geleidbaarheid worden gemeten omdat er nog te veel organische residuen om de Cu NWs waren en ze niet met elkaar gesmolten waren. Als gevolg was de contactweerstand tussen de NWs nog steeds erg hoog. En na een thermische behandeling bij 240 of 250 °C kon geen geleidbaarheid worden gemeten omdat het encapsulatie-fenomeen te belangrijk was.

De micrografie van Fig. 4 presenteert de hoog-vergroting, bovenaanzicht van TCE #3. Het Cu NW-oppervlak lijkt schoon en niet-geencapsuleerd, wat bewijst dat de OM- en PVP-sporen zijn verwijderd zonder het PET-substraat te verzachten en te beschadigen. Echter, de NW-kruispunten zijn niet gesmolten, wat waarschijnlijk te wijten is aan een lagere energie die geleverd wordt door de UV-lamp die in deze studie gebruikt werd, vergeleken met de hoge-vermogen Xe-flitslampen die door andere auteurs gebruikt worden [31, 37]. Bovendien is het Cu NW-oppervlak iets ruw, wat kan zijn door een beginnende oxidatie. Het verminderen van de afstand tussen de UV-lampbol en de TCE zou kunnen toestaan om een hogere energie in een kortere tijd over te brengen, en dus de Cu NWs te smelten terwijl hun oxidatie wordt vermeden.

Tabel 1 toont de vlekweerstand R_{s en de transmissiewaarden T550 nm, T350–750 nm (zichtbaar bereik) en T750–2500 nm (IR-bereik) van diverse Cu NW TCEs en van een commerciële ITO TCE als referentie. De transmissiespectra tussen 300 en 2500 nm zijn gegeven in Fig. 5. Voor alle Cu NW TCEs zijn T550 nm en T350–750 nm bijna identiek, wat bewijst dat T550 nm het gemiddelde transmissie van een Cu NW TCE in het hele zichtbare bereik heel goed vertegenwoordigt. Echter, er is een verschil van 6% tussen de twee parameters voor ITO/ref., wat betekent dat het gebruik van T550 nm in plaats van T350–750 nm leidt tot een overschatte transparantie in het zichtbare bereik voor dat type transparante oxide.}

Een R_s van 25 en 743 Ω vierk, voor een T_{350–750 nm} van 61 en 46% werd gemeten voor de TCEs #1 en #2, respectievelijk. Dit bevestigt dat NW-smelting prevaleert over hun encapsulatie binnen het PET-substraat bij 220 °C, wat R_s verlaagt. Het tegenovergestelde gebeurt bij 230 °C. Bovendien kunnen twee redenen de lage T_{350–750 nm} waarden verklaren die verkregen zijn voor TCEs #1 en #2, vergeleken met 84% voor ITO/ref. Ten eerste leidde de hoge concentratie Cu NWs in de ink (20 mg mL⁻¹) tot een hoog oppervlaktebedekkingspercentage. Ten tweede werd het PET-substraat beschadigd tijdens de thermische behandelingen.

Wat de UV-behandelde TCEs betreft, werden twee hoofdkarakteristieken waargenomen. Ten eerste verlaagde het verhogen van de Cu NW-concentratie van 10 naar 20 mg mL⁻¹ zowel de vlekweerstand als de transparantie. Na een 2-min UV-behandeling daalde R_s van 42 naar 31 Ω vierk en de corresponderende T_{350–750 nm}, van 87 naar 67%. Na een 4-min UV-behandeling daalde R_s van 103 naar 49 Ω vierk en de corresponderende T_{350–750 nm}, van 89 naar 71%. Dit is in overeenstemming met zowel theoretische als experimentele resultaten eerder gerapporteerd: het verhogen van het oppervlaktebedekkingspercentage door de NWs verlaagt zowel de vlekweerstand als de transparantie van een TCE [33–36]. Ten tweede verhoogde het verhogen van de UV-bestraalingstijd R_s aanzienlijk, maar de transparantie alleen iets. Bijvoorbeeld, met een ink-concentratie van 20 mg mL⁻¹, hadden de TCEs #5 (2 min), #6 (4 min) en #7 (6 min) een R_s van 31, 49 en 236 Ω vierk, met corresponderende T_{350–750 nm} waarden van 67, 71 en 73%, respectievelijk. En met een ink-concentratie van 10 mg mL⁻¹ voor TCEs #3 en #4, steeg R_s van 42 naar 103 Ω vierk, met corresponderende T_{350–750 nm} waarden van 87 en 89%. Het is opmerkelijk dat die prestaties vrij vergelijkbaar zijn met Wang et al.'s zuur-behandelde TCEs (30 en 60 Ω vierk met een corresponderende T_{550 nm} van 83 en 90%) [10]. Ze zijn ook dicht bij Mallikarjuna et al.'s flitslamp-behandelde TCEs (110 en 170 Ω vierk met een respectieve T_{550 nm} van 90 en 95%) [31]. De TCEs verkregen uit inkt met concentraties van 10 en 20 mg mL⁻¹ werden niet-geleidend na UV-behandelingen langer dan 4 en 6 min, respectievelijk. Ongeacht de ink-concentratie, werd een lage R_s verkregen na 2 min UV-bestraaling. Dit betekent dat de meeste organische stoffen zijn verwijderd en dat, ondanks de afwezigheid van smelting, de Cu NWs in intiem contact waren. Dit werd bevestigd door het feit dat de transparantie na 2 min heel dicht bij de na langere UV-behandelingen verkregen transparantie lag. Toen de UV-bestraalingstijd in omgevingslucht toename, is het waarschijnlijk dat oxidatie plaatsvond door een temperatuurstijging. De oxidatielaag op het NW-oppervlak werd dicker, wat hun contactweerstand verhoogde. Echter, het bleef dun genoeg om de transparantie niet significant te verlagen. De vrij stabiele transparantie over het tijdsbereik 2–6 min betekent ook dat de PET-substraten niet gedegradeerd werden tijdens de UV-behandelingen. Gevolgelijk was alleen het hoge oppervlaktebedekkingspercentage door de NWs op TCEs #6 en #7 (20 mg mL⁻¹ ink) verantwoordelijk voor de T_{350–750 nm} waarden lager dan voor ITO/ref. Inderdaad, met een ink-concentratie van 10 mg mL⁻¹, was T_{350–750 nm} voor TCEs #3 (87%) en #4 (89%) iets hoger dan voor ITO/ref. (84%).

Verder is het de moeite waard op te merken dat T_{750–2500 nm} significant hoger is voor elke Cu NW TCE dan voor ITO/ref. (50%). Dit kan worden waargenomen voor de thermisch behandelde TCEs #1 (65%) en #2 (57%), ondanks de degradatie van de PET-substraten. Dit is nog interessanter voor UV-behandelde TCEs, in het bijzonder #3 en #4, die T_{750–2500 nm} waarden van 89 en 91% hebben, respectievelijk. Dit betekent dat Cu NW TCEs toepassingen zoals IR-beeldvorming en -sensing, elektromagnetische afscherming, telecommunicatie of IR-zonnecellen veel beter passen dan ITO, bekend om zijn slechte transmissie in het IR-bereik [1, 7, 25, 29].

Ten slotte benadrukt de vergelijking tussen de resultaten verkregen voor thermisch en UV-behandelde Cu NW TCEs de voordelen van het laatste proces. Redelijk vergelijkbare prestaties werden gemeten voor de thermisch behandelde TCE #1 (25 Ω vierk met T_{350–700 nm} = 61%) en de UV-behandelde TCE #3 (31 Ω vierk met T_{350–700 nm} = 67%). Echter, de UV-bestraaling duurde 30 keer korter dan de thermische behandeling, en beschadigde het PET-substraat noch had een gecontroleerde atmosfeer nodig. Bovendien is een UV-behandeling in omgevingslucht compatibel met een industriële R2R-proces. Vervolgwerk zal een hoge-snelheid, lage-kosten, grootschalige productie overwegen met een R2R-platform, een gatmatrijs, een UV-lamp en een zuurbad [38, 39]. Voorlopige testen zijn al op laboratoriumschaal gerealiseerd met een spuitpomp die 15 mL h⁻¹ Cu NW-ink injecteert in een gatmatrijs en een tafel die een PET-substraat beweegt met 10 mm s⁻¹. Tot nu toe hebben de resultaten verkregen op 2 × 5-cm² coatings een optimale shim-breedte van 100 µm en een gatmatrijs-substraat-gat van 80 µm voorgesteld.

Conclusies

Hoge aspectratio (lengte/diameter = 1000) Cu NWs werden gesynthetiseerd via een natte chemische, katalysator-geassisteerde route. Vervolgens werden ze gebruikt om TCEs te fabriceren op flexibele PET-substraten met de Meyer-staftechniek. Een UV-behandeling en een zuurbad werden uitgevoerd om organische residuen van het NW-oppervlak te verwijderen en zowel lage vlekweerstand als hoge transparantie te verkrijgen. Deze methode gaf betere resultaten dan een conventionele thermische behandeling, 30 keer sneller, en zonder behoefte aan een gecontroleerde atmosfeer. 42 en 103 Ω vierk, met corresponderende T_{350–750 nm} van 87 en 89%, waren de beste prestaties verkregen voor UV-behandelde TCEs, wat past bij de eisen voor flexibele capacitieve touchscreens. Een heel interessant resultaat is dat de transparantiewaarden van de Cu NW TCEs in het IR-bereik behouden bleven, waar de referentie ITO TCE een zeer lage T_{750–2500 nm} van 50% had. Daarom zijn de Cu NW TCEs geproduceerd voor deze studie een zeer veelbelovende alternatief voor oxide TCEs voor toepassingen zoals IR-beeldvorming en IR-zonnecellen. Ten slotte zijn de Cu NW-ink en PET-substraat, evenals de UV- en azijnzuur-na-behandelingen gebruikt in deze studie, compatibel met een industriële, schaalbare, hoge-snelheid, lage-kosten, R2R-proces.

Afkortingen

IPA:

Isopropylalcohol

IR:

Infrarood

ITO:

Indium-tin-oxide

NP:

Nanodeeltje

NW:

Nanodraad

OM:

Oleylamine

PET:

Polyetheentereftalaat

PVP:

Polyvinylpyrrolidone

R2R:

Roll-to-roll

TCE:

Transparante geleidende elektrode

UV:

Ultra-violett