Eenvoudige synthese van ultralange en dunne koperen nanodraden en de toepassing ervan op hoogwaardige flexibele transparante geleidende elektroden

Abstract

Een hydrothermische methode voor het synthetiseren van ultralange en dunne koperen nanodraden (CuNW's) met een gemiddelde diameter van 35 nm en een gemiddelde lengte van 100 μ m wordt in dit artikel gedemonstreerd. De betreffende grondstoffen zijn onder andere koprine(II)chloridedihydraat (CuCl₂ ·2H₂ O), octadecylamine (ODA) en ascorbinezuur, die allemaal erg goedkoop en niet-toxisch zijn. Het effect van verschillende reactietijden en verschillende molaire verhoudingen tot de reactieproducten werd onderzocht. De CuNW's bereid door de hydrothermische methode werden toegepast om CuNW transparante geleidende elektrode (TCE) te fabriceren, die uitstekende geleidbaarheid-transmissieprestaties vertoonde met een lage plaatweerstand van 26,23 $\Omega /\square $ en een hoge transparantie bij 550 nm van 89,06% (exclusief polyethyleentereftalaat (PET) substraat). Het fabricageproces van de elektrode werd uitgevoerd bij kamertemperatuur en er was geen nabehandeling nodig. Om de ruwheid te verminderen en CuNW TCE's te beschermen tegen oxidatie, hebben we CuNW/poly(methylmethacrylaat) (PMMA) hybride TCE's (HTCE's) gefabriceerd met behulp van een PMMA-oplossing. De CuNW/PMMA HTCE's vertoonden een lage oppervlakteruwheid en chemische stabiliteit in vergelijking met CuNW TCE's.

Achtergrond

Transparante geleidende elektroden (TCE's) zijn uiterst belangrijke onderdelen in veel opto-elektronische apparaten, waaronder organische lichtemitterende diodes (OLED's), zonnecellen, liquid crystal displays, flat-panel displays, sensoren enzovoort [1-7]. Indiumtinoxide (ITO) is een van de meest gebruikte TCE's in de industrie, met een lage soortelijke weerstand ($\sim \thinspace \!\!10-30 \Omega /\square $) en een hoge optische transparantie (90% ) [8]. Het is erg jammer dat indium een zeldzaam metallisch element is en dat de hoeveelheid in de aardkorst erg laag is, wat ertoe leidt dat de prijs van ITO steeds duurder wordt [8-10].

Daarom hebben onderzoekers veel pogingen gedaan om nieuwe materialen te ontwikkelen om ITO gedeeltelijk te vervangen. Deze kandidaten moeten lage kosten, hoge geleidbaarheid, hoge doorlaatbaarheid en uitstekende flexibiliteit hebben en kunnen bij lage temperaturen worden afgezet. Van die kandidaten zijn vooral metalen nanodraden veelbelovend. Recente studies hebben het gebruik van zilveren nanodraden (AgNW's) gerapporteerd; Van transparante elektroden op basis van AgNW's is gemeld dat ze goed concurreren met ITO [11-19]. Zilver is echter een edelmetaal en de dure prijs ervan mag niet worden genegeerd. Als gevolg van de toenemende vraag naar goedkope metalen nanodraden heeft koper veel aandacht gekregen als interessant alternatief voor zilver. Koper is bijna net zo geleidend als zilver, omdat de soortelijke massaweerstand van koper 1,67 is n Ω ·m , terwijl die van zilver 1,59n . is Ω ·m [20]. Bovendien is koper veel overvloediger en veel goedkoper dan zilver en ITO. Op basis van deze feiten wordt er steeds meer aandacht besteed aan koperen nanodraden (CuNW's).

Zo zijn verschillende methoden voor het bereiden van CuNW's bestudeerd, zoals chemische dampafzetting, elektrochemische depositie, sjabloon en membraanprocessen [21–26]. Deze methoden omvatten echter verschillende complexe processen en vereisen giftige chemische reagentia of waardevolle katalysatoren. Waarschijnlijk lijken hydrothermische methoden een eenvoudige manier te zijn voor de productie van CuNW's. Zhang et al. geprepareerde CuNW's (of koperen nanostaafjes) met een diameter van ongeveer 50 nm en een lengte tot> 10 μ m door middel van hydrothermische synthese met ascorbinezuur als reductiemiddel en polyvinylpyrrolidon (PVP) als afdekmiddel bij relatief lage temperatuur [27]. Wang et al. bereide ultralange CuNW's met een uniforme diameter van ongeveer 800-1000 nm en een typische lengte van enkele tientallen micrometers door ascorbinezuur toe te passen als reductiemiddel en afdekmiddel [28]. Met behulp van octadecylamine (ODA) als zowel een zacht reductiemiddel als een adsorptiemiddel, hebben Shi et al. verkregen ultralange CuNW's met een lengte tot enkele millimeters en een diameter van 30-100 nm [29]. Melinda Mohl en collega's pasten het koperchloride en glucose toe in aanwezigheid van hexadecylamine (HDA), bereidden met succes enkele lange CuNW's met een uniforme diameter van 64 ± 8 nm en een lengte van enkele micrometers [30]. Aziz et al. een eenvoudige hydrothermische methode uitgewerkt om CuNW's te produceren met een lengte van twintig micrometer met HDA en kaliumbromide als afdekmiddel [31]. Kim et al. rapporteerde een zaadgemedieerde synthetische strategie voor CuNW-productie, en enkele typische scanning-elektronenmicroscopie (SEM) -beelden op CuNW's toonden aan dat de gemiddelde diameter 21,9 ± 3,8 nm was en de maximale lengte 77,1 μ m [32].

Vergeleken met CuNW's is fabricage op CuNW TCE's nauwelijks bestudeerd, aangezien instabiliteit en het kenmerk van gemakkelijk oxideren er vaak toe leiden dat CuNW-films niet-geleidend zijn. Wiley en collega's hebben goede resultaten behaald bij de voorbereiding van CuNW's en CuNW TCE's. In 2010 was het de eerste keer dat ze CuNW TCE's hadden voorbereid op een flexibel substraat met een plaatweerstand van 30 $\Omega /\square$ bij een spiegeltransmissie van 85% door middel van Meyer rod coating [33]. In 2014 verbeterden ze de manier om CuNW's te produceren en maakten vervolgens CuNW TCE's met een transmissie> 95% bij een plaatweerstand < 100 $\Omega /\square $ [34]. Simonato's groep behandelde CuNW's met ijsazijn om flexibele CuNW TCE's te fabriceren met een plaatweerstand van 55 $\Omega /\square $ bij een transmissie van 94% (λ =550 nm) door middel van vacuümfiltratie [20]. Chu et al. bereide CuNW TCE's met 52,7 $\Omega /\square $ op T =90% (λ =400-700 nm) met behulp van een spraycoating, die niet geleidend was voordat ze gedurende 2 uur in een oven werden uitgegloeid in een atmosfeer van 75% argon en 25% waterstof [35]. Ondanks deze inspanningen hebben op CuNW gebaseerde TCE's echter nog steeds een aantal beperkingen die het wijdverbreide gebruik ervan in de weg staan. Een probleem is hun hoge oppervlakteruwheid wanneer ze worden afgezet op kale substraten en een ander probleem is dat CuNW's een laag oxidatiepotentieel en chemische stabiliteit hebben.

Een manier om de prestaties van nanodraadfilms te verbeteren, is het gebruik van nanodraadjes met hogere aspectverhoudingen [34]. Korte en grove CuNW's zijn niet geschikt voor de bereiding van TCE's. Bijvoorbeeld CuNW's met een diameter van ongeveer 50 nm en een lengte van ongeveer 10 μ m voorgesteld in Ref. [27] zijn te kort om hoogwaardige TCE's voor te bereiden. Het is vermeldenswaard dat te lange CuNW's ook niet geschikt zijn voor de voorbereiding van TCE's, omdat ze te gemakkelijk bij elkaar kunnen komen en niet goed verspreid kunnen worden. De lengte van CuNW's voorgesteld in [29] was bijvoorbeeld tot enkele millimeters, en veel CuNW's bundelen zich [29]. Matige lengtes en diameters van CuNW's zijn erg belangrijk voor hoogwaardige CuNW TCE's. In dit artikel een eenvoudige hydrothermische benadering voor de synthese van dunne, goed verspreide en ultralange CuNW's met een gemiddelde diameter van 35 nm en een gemiddelde lengte van 100 μ m wordt gerapporteerd, waarbij ODA, ascorbinezuur en koprine(II)chloridedihydraat (CuCl₂ ·2H₂ O) betrokken zijn. CuCl₂ ·2H₂ O levert een koperbron, ascorbinezuur wordt gebruikt als reductiemiddel en ODA wordt gekozen als afdekmiddel. De lengtes en diameters van CuNW's worden beïnvloed door de reactietijd, molverhouding van de drie geneesmiddelen, en we zullen de effecten van deze factoren onthullen. De ultralange en dunne CuNW's werden gebruikt om CuNW TCE's bij kamertemperatuur te fabriceren. De plaatweerstand van de CuNW TCE was zo laag als 26,23 $\Omega /\square $ bij 89,06% transmissie (λ =550 nm). Om de ruwheid van CuNW TCE's te verminderen en te voorkomen dat CuNW's geoxideerd worden, werd poly(methylmethacrylaat) (PMMA) gecoat op het oppervlak van CuNW TCE's om CuNW/PMMA hybride TCE's (HTCE's) te bereiden, en de effecten van PMMA op transmissie en ruwheid van CuNW TCE's worden aangetoond.

Experimenteel

Synthese van CuNW's

In een typisch proces voor het synthetiseren van CuNW's, 140 mg ascorbinezuur (C₆ H ₈ O ₆ , Aladdin) en 270 mg CuCl₂ ·2H₂ O (Aladdin) werden toegevoegd aan 282 ml ODA (26,3 mmol L⁻¹ ) waterige oplossing. Molaire concentraties van ascorbinezuur en CuCl₂ ·2H₂ O zijn 2,8 mmol L⁻¹ en 5,6 mmol L⁻¹ , respectievelijk. De gemengde oplossing veranderde in een homogene suspensie na 60 min roeren bij afdichten bij normale temperatuur. Vervolgens werd de verkregen suspensie overgebracht in een met Teflon beklede autoclaaf en 20 uur afgesloten bij 120°C. De reactor werd vervolgens op natuurlijke wijze afgekoeld tot kamertemperatuur. De overmaat chemicaliën werd verwijderd door wassen met gedeïoniseerd water en ethanol. Het eindproduct werd bewaard in ijsazijn van 130 ml (Aladdin) om oxidatie van CuNW's te voorkomen.

Vervaardiging van CuNW TCE's en CuNW/PMMA HTCE's

CuNW TCE's werden vervaardigd op substraten van polyethyleentereftalaat (PET) (188 μ m dikte). Een kleine hoeveelheid ijsazijn met CuNW's werd verdund met 500 ml gedeïoniseerd water. TCE's werden gevormd bij kamertemperatuur door filtratie van een dispersie van CuNW's op een filtermembraan van gemengde cellulose-ester (MCE) (0,45 μ m). De afgezette film werd vervolgens overgebracht naar het PET-substraat door uniforme druk uit te oefenen. Het MCE-filtermembraan werd afgepeld om het CuNW-netwerk op het PET-substraat te houden. 100 ul PMMA-oplossing (20 mg/ml) werd gecoat op het oppervlak van CuNW TCE's met behulp van een spincoater bij 800 rpm gedurende 5 seconden en 2500 rpm gedurende 30 seconden. CuNW/PMMA HTCE's werden op natuurlijke wijze gedroogd zonder thermisch sinteren.

Structurele, optische en elektrische karakterisering

De morfologie en afmetingen van de gesynthetiseerde CuNW's werden onderzocht met SEM (JSM-7500F, JEOL) en transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) (FEI-TECNAL G20). Oppervlaktemorfologiebeelden van de CuNW's werden geanalyseerd met een optische microscoop (BX51M, OLYMPUS). De transmissies van CuNW TCE en CuNW/PMMA HTCE werden bepaald met een UV-spectrofotometer (GZ502A, Shanghai shine Photoelectric Technology Co., Ltd.). De ruwheid van CuNW TCE's en CuNW/PMMA HTCE's werd bepaald met een atomaire krachtmicroscoop (AFM) (Dimension Edge, BRUKER). De poederröntgendiffractie (XRD) patronen van CuNW's werden uitgevoerd door XRD-analyse (Bruker, BRUKER OPTICS).

Twee vellen aluminium (Al) film werden aangebracht aan beide uiteinden van een CuNW/PMMA HTCE of een CuNW TCE, zoals weergegeven in Fig. 1. De afstand tussen de twee binnenzijden van de aluminium films is aangegeven als lengte L , en de afstand tussen de andere twee zijden van de TCE is gemarkeerd als breedte W . Relatie van weerstand R van een film en zijn velweerstand R _s wordt als volgt beperkt door de formule [36]:

$$\begin{array}{@{}rcl@{}} R_{s}=R\frac{W}{L} \end{array} $$ (1)

Fotografisch beeld en schematische illustratie die het weerstandsproces testen. Links is een fotografisch beeld van het testen van het weerstandsproces, en rechts toont een schematische illustratie van de lengte en breedte van een TCE

Weerstand van CuNW TCE en CuNW/PMMA HTCE werd gemeten met een multimeter en de overeenkomstige weerstanden werden uit de weerstanden afgeleid met behulp van formule (1). De weerstand van een CuNW/PMMA HTCE is bijvoorbeeld 65,9 Ω , zoals weergegeven in Afb. 1, L is 19,2 mm en B is respectievelijk 27,6 mm. Dan kan men concluderen dat de plaatweerstand van de CuNW/PMMA HTCE in Fig. 1 94,7 $\Omega /\square $ is.

Resultaten en discussie

Synthese van CuNW's

In dit werk, goed verspreide CuNW's met een gemiddelde diameter van 35 nm, een gemiddelde lengte van 100 μ m, en aspectverhouding ongeveer 2857 werden gesynthetiseerd door de reductie van CuCl₂ ·2H₂ O met ascorbinezuur door een hydrothermisch reductieproces. ODA fungeerde als aftoppingsmiddel in het groeiproces van CuNW's. De drie materialen zijn allemaal erg goedkoop, dus de kosten voor het maken van CuNW's zijn erg laag. Verschillende reactietijden en verschillende molaire verhoudingen zullen leiden tot verschillende producten, en we zullen deze factoren in de volgende paragrafen bespreken.

(A) Karakterisering van CuNW's

De CuNW's werden bereid volgens de methode in de subsectie "Synthese van CuNW's" van de sectie "Experimenteel". De verkregen foto van CuNW's wordt getoond in figuur 2a. De morfologie en dimensie van de overeenkomstige CuNW's worden getoond door SEM in Fig. 2b, c. In Fig. 2b, c wordt getoond dat het eindproduct is samengesteld uit een grote hoeveelheid CuNW's met een gemiddelde diameter van 35 nm en een gemiddelde lengte van 100 μ m, dus met een aspectverhouding van ongeveer 2857. Lange NW's met een hoge aspectverhouding zijn vereist om een hoge elektrische geleidbaarheid en transmissie te bereiken in de op NW's gebaseerde webstructuren, omdat ze volledig onderling verbonden, sterk geleidende paden mogelijk maken, zelfs bij lage nanodraaddichtheid [37, 38]. Bovenstaande methode is dus toepasbaar voor de productie van uniforme CuNW's. Deze dunne en uniforme CuNW's maken het mogelijk om hoogwaardige CuNW TCE's te bereiden. Figuur 2d toont het XRD-patroon van CuNW's die op een siliciumsubstraat zijn gegoten. CuNW's worden geïdentificeerd op basis van de drie te onderscheiden diffractiepieken op 43.316, 50.448 en 74.124, overeenkomend met respectievelijk {1 1 1}, {2 0 0} en {2 2 0} kristalvlakken van face-centered kubisch koper . De intensiteit van {1 1 1} kristalvlakken van gecentreerd kubisch koper hoger dan die van de andere wijst op de verrijking van {1 1 1} kristalvlakken van de CuNW's. Het resultaat geeft ook aan dat koperatomen die eerst werden afgezet op {1 1 1} facetten, leidden tot eendimensionale (1-D) CuNW's. Geen signaal van onzuiverheden zoals CuO en Cu₂ O werd waargenomen in het XRD-patroon, wat aangeeft dat pure CuNW's werden verkregen.

Structuur van CuNW's. een De CuNW's zoals bereid in acetaat. b SEM-afbeelding van CuNW's vanuit een algemeen beeld. c SEM-afbeelding van CuNW's vanuit een gedetailleerd overzicht. d Poeder XRD-patroon van de CuNW's gegoten op een siliciumsubstraat

Figuur 3a, b toont TEM-afbeeldingen van ultralange CuNW's met een diameter van ongeveer 35 nm. We kunnen zien dat de oppervlakken van de koperen nanodraden erg glad zijn. Afbeelding 3c stelt een TEM-beeld (HRTEM) met hoge resolutie van een CuNW voor. De roosterafstand bleek 0,21 nm te zijn, wat overeenkomt met het {1 1 1} vlak van kubisch koper in het midden van het vlak.

TEM-afbeeldingen en HRTEM-afbeelding van CuNW's. een , b TEM-afbeeldingen van CuNW's. c HRTEM-beeld van een CuNW. De roosterafstand bleek 0,21 nm te zijn

(B) Tijdsafhankelijke analyse

Om het groeiproces van de CuNW's te observeren, werden de producten onderzocht door SEM. Producten verkregen na een hydrothermische behandeling van 1 tot 40 uur bij 120 °C vertoonden verschillende morfologieën en lengtes. Morfologie van CuNW's met verschillende reactietijden wordt bestudeerd door SEM. SEM-afbeeldingen van monsters in verschillende stadia van hydrothermische behandeling worden getoond in Fig. 4.

SEM-beelden van monsters bij verschillende reactietijden van hydrothermische behandeling. De verschillende reactietijden van hydrothermische behandeling zijn a 1 uur, b 2 uur, c 6 uur, d 14 uur, e 20 uur, en f 40 uur

Uit figuur 4a kan men zien dat het product voornamelijk bestaat uit koperen nanokubussen en dat er bijna geen CuNW's worden geproduceerd wanneer de reactietijd 1 uur is, wat wijst op een door isotroop groei gedomineerd systeem. De reden is dat het afdekmiddel onvoldoende was om in dit stadium alle nieuw gevormde {1 0 0}-facetten op koperen nanokristallen te bedekken. Omdat het groeimechanisme van CuNW's nog niet volledig is begrepen, speculeren we dat slechts een klein deel van de ODA in het beginstadium wordt verdampt en onder hoge druk wordt opgelost. Daarom is er niet voldoende afdekmiddel om de anisotrope groei van het kristal te verzekeren.

Naarmate de tijd verstrijkt, wordt steeds meer ODA vergast om voldoende afdekmiddelen te produceren, en vervolgens leidt 1D-groei op deze nanokristalzaden in water tot de vorming van CuNW's. Zoals te zien is in figuur 4b-d, veranderen steeds meer grondstoffen in producten en worden steeds meer nanokristalzaden omgezet in CuNW's wanneer de tijd verstrijkt van 2 tot 14 uur. Ondertussen kunnen we zien dat de lengtes van de CuNW's steeds langer worden in het bereik van 2 tot 14 uur, en de gemiddelde lengte van CuNW's is ongeveer 25, 60 en 80 μ m in respectievelijk Fig. 4b-d. De CuNW's zijn erg dun en hun gemiddelde diameter is slechts ongeveer 35 nm. Wanneer de CuNW's langer zijn dan 100 μ m, worden ze gemakkelijk te breken, zodat hun lengte niet langer toeneemt. Afbeelding 4e, f geeft aan dat de lengtes en diameters van de CuNW's niet significant veranderen binnen 20 tot 40 uur.

(C) Hoeveelheid ascorbinezuur

Ascorbinezuur werd gekozen als reductiemiddel bij de synthese van CuNW's. Onderzoek naar de invloed van de hoeveelheid ascorbinezuur op de morfologie van de CuNW's, de hoeveelheden gedeïoniseerd water, ODA en CuCl₂ ·2H₂ O werden gefixeerd en de hoeveelheid ascorbinezuur werd gewijzigd. Na 20 uur verwarmen in een afgesloten met Teflon beklede autoclaaf bij 120 °C, werd de verkregen oplossing gewassen met gedeïoniseerd water en ethanol. De eindproducten werden bekeken met behulp van een optische microscoop.

De chemische structuurformule van ascorbinezuur kan worden geschreven zoals weergegeven in Fig. 5. Er zijn vier hydroxylen (-OH) in één ascorbinezuurmolecuul, die fungeren als de functionele groep in deze reductiereactie, en er is één Cu^{2 +} in één CuCl₂ ·2H₂ O-molecuul, dus men kan aannemen dat de optimale molaire verhouding van ascorbinezuur en CuCl₂ ·2H₂ O is 0,5:1. Afbeelding 6 toont de optische microscoopbeelden van de eindproducten met verschillende molaire verhoudingen van ascorbinezuur en CuCl₂ ·2H₂ O. Wanneer de molaire verhouding 0,5:1 is, wordt de grootste hoeveelheid CuNW's geproduceerd (Fig. 6b) en is de hoeveelheid koperen nanodeeltjes (CuNP's) relatief veel kleiner. Bij het verhogen van de molaire verhouding tot 1:1 of 2:1, verschijnen steeds meer CuNP's in de optische microscoopbeelden (figuur 6c, d). Bij de molaire verhouding van 2:1 bevat het product een groot aantal CuNP's en worden er nauwelijks CuNW's gevormd. Dit komt waarschijnlijk omdat CuNW's groeien uit meervoudig getwijnde zaden. Echter, meervoudig getwijnde zaden zijn in de beginfase onstabiel als hun {1 0 0} facetten niet goed zijn afgedekt. de kristalgroei op de {1 0 0} facetten zou snel multi-tweelingzaden kunnen ontwikkelen tot eenkristalzaden, die alleen CuNP's produceren. Wanneer de molaire verhouding van reductiemiddel veel groter is dan de juiste waarde, zal in het beginstadium een groot aantal meervoudig getwijnde zaden verschijnen. Tegelijkertijd wordt de ODA niet sterk verdampt en verspreidt het zich in de waterige vloeistof, wat resulteert in het ontbreken van een afdekmiddel. In het geval dat de verhouding 0,2:1 is in Fig. 6a, is de oplossing erg viskeus en bevat ze een grote hoeveelheid ODA, wat het erg moeilijk maakt om de CuNW's van de oplossing te scheiden. In figuur 6a worden kleine hoeveelheden CuNP's en CuNW's geproduceerd en we kunnen aannemen dat in dit geval slechts een deel van het koper wordt gereduceerd, aangezien de hoeveelheid reductiemiddel minder is dan normaal.

Chemische structuurformule van ascorbinezuur. Er zijn vier hydroxylen (-OH) in één ascorbinezuurmolecuul, die fungeren als de functionele groep in deze reductiereactie

Optische microscoopbeelden van CuNW's gesynthetiseerd met verschillende molaire verhoudingen van ascorbinezuur en CuCl₂ ·2H₂ O. De verschillende molaire verhoudingen van ascorbinezuur en CuCl₂ ·2H₂ O zijn een 0.2:1, b 0,5:1, c 1:1 en d 2:1

Vervaardiging van CuNW TCE

De vacuümfiltratie-overdrachtsmethode is een eenvoudige en schaalbare methode om TCE's te maken. Door middel van vacuümfiltratie kunnen de oplossingen die NW's bevatten voldoende worden verdund en als afzonderlijke draden worden gedispergeerd, zodat de voorbereide TCE's een goede geleidbaarheid hebben. Ondertussen kan een deel van het reagens worden uitgefilterd, wat nuttig is om de elektrische geleidbaarheid van de TCE's te verbeteren. In dit werk wordt de ijsazijnoplossing die CuNW's bevat verdund met gedeïoniseerd water en vervolgens gefiltreerd op een MCE-filtermembraan. Tijdens het proces kunnen de resterende organische materialen en koperoxiden worden verwijderd, wat helpt om de elektrische geleidbaarheid van de CuNW TCE's te verbeteren.

De transmissie van een TCE hangt af van de hoeveelheid CuNW's die op de substraten is afgezet, en zal drastisch afnemen wanneer de plaatweerstand van de TCE afneemt. Hoge geleidbaarheid en hoge transmissie van de CuNW TCE's worden voornamelijk toegeschreven aan de morfologie van CuNW's, zoals lange lengte, kleine diameter, afwezigheid van NP's en andere resterende organische stoffen [39-41]. In dit werk selecteren we de reactietijd als 20 uur en de molaire verhouding van ascorbinezuur en CuCl₂ ·2H₂ O als 0,5:1. Tabel 1 geeft een overzicht van de weerstanden en transmissies van platen (exclusief PET-substraat) bij 550 nm voor vijf CuNW TCE's. Het feit dat hogere transmissies samenhangen met lagere plaatweerstanden is in lijn met de bestaande waarnemingen. Transmissies met een groter bereik (λ =366–741 nm) voor de vijf monsters worden voorgesteld in Fig. 7. Het fotografische beeld van monster C wordt ook getoond in Fig. 7, waarvan de transmissie 89,06% is bij 550 nm (exclusief PET-substraat).

Doorlaatbaarheidsspectra (366-741 nm) van de CuNW TCE's met verschillende bladweerstanden. De plaatweerstanden en transmissie van de vijf monsters bij 550 nm staan vermeld in tabel 1. Er wordt een fotografisch beeld van een CuNW TCE gedemonstreerd, waarvan de transmissie bij 550 nm 89,06% is, op voorwaarde dat het effect van PET wordt uitgesloten

Vervaardiging van CuNW/PMMA HTCE

Hoewel CuNW TCE's veel voordelen hebben, kunnen sommige fatale tekortkomingen niet worden genegeerd, waaronder hoge ruwheid en lage chemische stabiliteit, die hun toepassingen beperken. Om deze problemen op te lossen, hebben we CuNW/PMMA HTCE's gefabriceerd door een PMMA-oplossing van 20 mg/ml te spincoaten om de ruwheid te verminderen en de oxidatie van de CuNW's te voorkomen. De eigenschappen van de CuNW TCE's en CuNW/PMMA HTCE's werden vergeleken. Figuur 8a, b toont transmissiegrafieken en de veranderingen in geleidbaarheid van respectievelijk een CuNW TCE en een CuNW/PMMA HTCE op een PET-substraat. Afbeelding 8a laat zien dat de CuNW TCE en de CuNW/PMMA HTCE vergelijkbare transmissiespectra hebben. Uit figuur 8b kunnen we zien dat de velweerstanden van de CuNW TCE en de CuNW/PMMA HTCE ook vergelijkbaar waren toen ze net werden voorbereid. De plaatweerstand van de CuNW TCE nam snel toe van 32.1 $\Omega /\square $ tot 93.5 $\Omega /\square $ na 3 uur. De plaatweerstand van CuNW/PMMA HTCE vertoonde echter een langzame toename, die bijna onveranderd was na 50 uur en nog steeds erg laag bleef (74 $\Omega /\square $) toen 72 uur verstreken. De stabiliteit was aanzienlijk verbeterd nadat de CuNW TCE was gecoat met PMMA om een CuNW/PMMA HTCE te vormen. Zo beschermde de PMMA-coating de CuNW's effectief tegen vocht en zuurstof.

Vergelijking van opto-elektronische eigenschappen van een CuNW TCE en een CuNW/PMMA HTCE. een CuNW TCE en CuNW/PMMA HTCE hebben vergelijkbare transmissiespectra. b De verandering in de plaatweerstand van CuNW en CuNW/PMMA HTCE's, 72 uur bewaard onder omgevingsomstandigheden

Zoals hierboven vermeld, is grote ruwheid niet compatibel met verschillende toepassingen en kan het kortsluiting veroorzaken in elektronische apparaten. Daarom zijn gladde oppervlakken cruciaal voor de praktische toepassing van de opto-elektronische apparaten. We hebben CuNW's in de PMMA-film ingebed om de ruwheid te verminderen. Afbeelding 9 toont AFM-topografische afbeeldingen van een CuNW TCE en een CuNW/PMMA HTCE. In Fig. 9a is de oppervlaktetopografie van de CuNW TCE relatief ruw, waarvan de oppervlakteruwheid van het wortelgemiddelde (RMS) 31,2 nm is. In Fig. 9b lijkt de oppervlaktetopografie van de CuNW/PMMA HTCE erg glad, waarvan de RMS-oppervlakteruwheid 4,8 nm is. Het is duidelijk dat de spin-gecoate PMMA-film de oppervlakteruwheid van de CuNW-film aanzienlijk kan verminderen, omdat de PMMA-oplossing gaten tussen de willekeurige rasters van CuNW's kan opvullen.

AFM topografische afbeeldingen van a CuNW TCE en b CuNW/PMMA HTCE. De linkerafbeeldingen zijn originele AFM-afbeeldingen en de rechterafbeeldingen tonen de RMS-oppervlakteruwheid

Conclusies

In dit artikel wordt een hydrothermische methode voorgesteld voor het synthetiseren van ultralange en dunne CuNW's. De gemiddelde diameter van de CuNW's is ongeveer 35 nm en de gemiddelde lengte is ongeveer 100 μ m, en de bijbehorende beeldverhouding is ongeveer 2857. De betreffende grondstoffen zijn onder meer CuCl₂ ·2H₂ O, ODA en ascorbinezuur, die allemaal erg goedkoop en niet-toxisch zijn. In het hydrothermische proces, CuCl₂ ·2H₂ O levert een koperbron, ascorbinezuur fungeert als reductiemiddel en ODA werd gebruikt als afdekmiddel.

CuNW TCE's werden vervaardigd door CuNW's bereid volgens de hydrothermale methode. Het beste resultaat dat we behaalden voor de CuNW TCE's was R _s =26,23 $\Omega /\square $ voor T=89,06% bij 550 nm (exclusief PET-substraat). Het TCE-fabricageproces werd uitgevoerd bij kamertemperatuur en er was geen behoefte aan nabehandeling zoals thermisch uitgloeien en opto-thermische verwarming. Om de ruwheid te verminderen en oxidatie van CuNW TCE's te voorkomen, hebben we CuNW/PMMA HTCE's gefabriceerd. De experimenten toonden aan dat CuNW/PMMA HTCE een lagere ruwheid en een hogere antioxidantactiviteit heeft in vergelijking met CuNW TCE.

Afkortingen

AFM:: Atoomkrachtmicroscoop
AgNW's:: Zilveren nanodraden
CuNP's:: Koper nanodeeltjes
CuNW's:: Koperen nanodraden
HDA:: Hexadecylamine
HRTEM:: Hoge resolutie transmissie-elektronenmicroscopie
HTCE:: Hybride transparante geleidende elektrode
HTCE's:: Hybride transparante geleidende elektroden
ITO:: Indiumtinoxide
MCE:: Gemengde cellulose-ester
ODA:: Octadecylamine
OLED's:: Organische lichtemitterende diodes
HUISDIER:: Polyethyleentereftalaat
PMMA:: Poly(methylmethacrylaat)
PVP:: Polyvinylpyrrolidon
RMS:: Wortel-gemiddelde-kwadraat
TCE:: Transparante geleidende elektrode
TCE's:: Transparante geleidende elektroden
TEM:: Transmissie-elektronenmicroscopie
XRD:: Röntgendiffractie

Evolutie van fotoluminescentie, Raman en structuur van CH3NH3PbI3 perovskiet-microdraden onder blootstelling aan vochtigheid Met antilichaam geconjugeerde silica-gemodificeerde gouden nanostaafjes voor de diagnose en fotothermische therapie van Cryptococcus neoformans:een experiment in vitro

Nanomaterialen

Metaal

Hars

vezel

Samengesteld materiaal