010-82930964 
编号：CYYJ04793
篇名：银纳米线生长机理及其透明电极性能研究
作者：汤显杰
关键词： 银纳米线; 有机卤化物; 透明电极; AgNWs@PVP核壳结构; Ag2O纳米颗粒修饰AgNWs@PVP复合材料;
机构： 昆明理工大学
摘要： 在当今电子产业快速发展的时代,光电器件向透明化、智能化、轻薄化的方向发展。透明电极作为光电设备的核心组件,其性能直接影响设备的整体效率和稳定性。目前市面上应用最广泛的仍然是氧化铟锡（ITO）透明电极。然而,由于铟不可再生且需要较高的沉积温度严重限制了其未来在光电设备中的应用。近年来,银纳米线（AgNWs）因其卓越的电导率、透光率、良好的稳定性及大规模制备的潜力,被视为极具前景的候选材料。本工作使用有机卤化物合成高长径比低副产物率银纳米线,在此基础上通过后处理及修饰方法提高透明电极光电性能,主要研究结果如下: 针对传统多元醇法合成过程中不可避免地产生大量银纳米颗粒副产物,影响光电性能且去除耗时这一问题,本研究探究了一种银纳米线合成新方法。采用有机卤化物晶种添加剂合成银纳米线并且系统分析了制备工艺对银纳米线形貌和尺寸的影响。结果表明使用四丁基氯化铵（TBAC）作为晶种添加剂可合成低副产物率银纳米线,同时详细解释了副产物生成原因以及TBAC可替代传统金属卤化物的原因。结合添加十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）及调控其他主要影响工艺可获得应用于高性能透明电极的高长径比低副产物率银纳米线,极大降低了银纳米线纯化成本,提升了原材料利用率。 为了提升透明电极的光电性能,本研究采用了一种基于AgNWs@PVP核壳结构并结合高温烧结的制备策略。该方法有效解决了由不均匀绝缘壳层引起的低透过率、纳米线间高接触电阻,以及导电网络失衡导致的方阻与透过率矛盾问题,最终实现了光电性能的显著优化。首先,针对合成银纳米线过程中引入的不均匀聚乙烯吡咯烷酮（PVP）层带来的高接触电阻及低透过率,采用多次离心、剧烈搅拌的简单方法得到壳层均匀的AgNWs@PVP核壳结构,最终通过旋涂并进行高温烧结后得到透明电极,其透光率均值为93.8%,方阻均值为33.7Ω/sq,接近商用ITO的光电性能,同时详细分析了AgNWs@PVP核壳结构烧结机制。针对导电网络密度及完整性不当引起的方阻与透过率失衡的问题,系统分析了旋涂速度等后处理工艺对光电性能的影响。结果表明,这种后处理方法设备成本低廉、工艺简单且显著提升透明电极光电性能,在制备银纳米线透明电极中具有良好的应用前景。 为了进一步提升透明电极的光电性能,本论文提出液相两步法制备Ag2O纳米颗粒修饰的AgNWs@PVP复合材料,通过旋涂得到的透明电极在烧结后其透过率均值为93.5%,方阻均值为22.1Ω/sq,相较AgNWs@PVP核壳结构透明电极在保证透过率几乎不变的基础上方阻降低了34.4%。系统分析了烧结工艺对光电性能的影响,同时详细解释了Ag2O纳米颗粒在AgNWs@PVP表面的生长机制以及Ag2O纳米颗粒在导电网络中增强电学性能的作用机制。相较于复杂昂贵的金属氧化物表面修饰方法,液相两步法操作简单、成本低廉且制备出的Ag2O纳米颗粒修饰的AgNWs@PVP透明电极光电性能显著增强,在金属氧化物修饰银纳米线透明电极中具有良好应用前景。 本研究致力于提升银纳米线透明电极的光电性能,通过系统优化材料合成与后处理工艺,有效解决了副产物率高、接触电阻大及方阻-透过率失衡等关键问题。首先,采用有机卤化物晶种添加剂,成功合成了高长径比低副产物率的银纳米线,显著提升了原料利用率并降低了纯化成本。进而,通过构建AgNWs@PVP核壳结构并结合高温烧结,在保持93.8%高透光率的同时将方阻降至33.7Ω/sq,提升了透明电极光电性能。最后,通过液相两步法制备Ag2O纳米颗粒修饰的AgNWs@PVP复合材料,由此制备的透明电极在透光率保持93.5%的前提下,方阻进一步降低至22.1Ω/sq,降幅达34.4%。该研究为高性能、低成本的银纳米线透明电极开发提供了系统解决方案。
