導電銀納米線光敏聚合物復合材料:3D打印可實現更高的功能
銀納米線(Ag-NW)復合材料提供了要求導電性的“可擴展工藝”,其中包括:
1、電子產品
2、觸摸屏
3、集成光伏
4、先進的光電設備
5、生物傳感器
樣品涂有Ag-NW層,用UV光固化,然后通過多元醇路線合成。結果是納米線展現出高縱橫比-在這種情況下為100-1000。樹脂在固化時趨于壓縮,在聚合過程中,基體的收縮壓在納米線上。缺乏密度還導致納米線連接和網絡的靈敏度更高。

堅韌的Ag-NW-聚合物復合材料的表征和2D打印。 (a)通過比較三種不同的Ag-NW密度(26 µg / cm2)的Ag-NW網絡(黑點)和Ag-NW復合物(紅色點)的薄層電阻,聚合物交聯對Ag-NW復合物導電性的影響,39 µg / cm2和65 µg / cm2)。在高Ag-NW密度下,可以提高所測薄層電阻的可重復性,但可以減少聚合物涂層對電導率的影響。 (b)通過Ag-NW和Ag-NW復合材料傳輸可見光到近紅外光。實線表示純聚合物或Ag-NW薄膜,而虛線表示Ag-NW復合材料。對于歸一化為裸玻璃基板的600nm至800nm之間的所有復合材料,透射率均大于87%。與裸玻璃載玻片相比,聚合物涂層減少了玻璃界面處的散射和反射,從而提高了透射率。 (c)生產的聚合物樣品的示例性層厚度和粗糙度:純聚合物層,Ag-NW(7μg/ cm 2)復合材料和聚合物-Ag-NW(22μg/ cm 2)-聚合物多層樣品。請注意,20-300 µm之間的層厚度代表功能性打印中的典型厚度。厚度與表面粗糙度之比> 1000:1。 (d)空白太陽能電池(單晶60010,Sol-Expert)的照片和光學顯微鏡圖像。用Ulbricht球曝光期間測得的光電流I為650 µA。 (e–g)涂層太陽能電池的照片,光學顯微鏡圖像和測得的光電流((e)Ag-NWs,(f)聚合物,(g)復合材料)。
在增加納米線濃度的過程中,降低了透射率,并在相當低的納米線濃度下優化了電導率,這表明聚合物基質與Ag-NW網絡之間存在“微妙的相互作用”。研究人員還發現,值得注意的是,Ag-NW復合材料的表面粗糙度在110-160nm之間,這歸因于聚合物的粗糙度。研究人員說:“這些結果表明,復合的Ag-NW聚合物材料可以作為導電和透光電極的競爭材料。”
樣本中的二維(2D)GISAXS模式。 (a)Ag-NWs(58 µg / cm2)。 (b)涂有紫外線固化聚合物層的Ag-NWs(7µg / cm2)。 (c)裸露的紫外線固化聚合物。強度刻度欄顯示在右側。從(a,b)可以看出,從五角形形態的各個方面出發,從樣本水平開始的清晰的票價為36°±2°(用紅線表示)。 (d)模擬Ag-NWs的關鍵散射特征。 (e)硅襯底上的Ag-NW的SEM圖像(Ag-NW密度約為120 µg / cm2)。 (f)多面Ag-NW的草圖(改編自44,45)。 (g)水平切割強度(I(qy,qz1 = 0.63nm-1)),(h)I(qy,qz2 = 0.78nm-1),(i)I(qy,qz3 = 0.96nm-1) )。相應地,將所有切口均歸一化為I(0,qz1,2,3)處的強度。顏色代碼對應于(a–c)。
在合成的初始階段,在SEM評估中也證實了五重孿晶種子的形成,具有五邊形結構和Ag-NW的孿晶頂部(盡管不適用于該材料)。研究人員通過專用軟件模擬了GISAXS模式的關鍵特征,從而建立了五角形形態。對于3D打印,研究團隊制造了由Formlabs制造的由Ag-NW和柔性光敏聚合物組成的電容器。他們不僅能夠展示3D打印電子產品的潛力,而且還可以證明復合材料在提高功能性方面的作用。
柔性Ag-NW復合電容器。 (a)電容器截面圖。 (b)制作的Ag-NW電容器(10×10 mm2的照片
)。白虛線表示橫截面的位置,在(a)中顯示。 (c)在玻璃棒上彎曲的電容器的照片,以便
展示其靈活性。 (d)具有Ag-NW的剝離的電容器的下部的截面圖。
“通過應用兩種不同的聚合物,我們制造出了具有不同性能的復合材料,并針對兩種特定應用進行了測試。首先,我們通過調整堅韌透明的基于HDDA的聚合物基質中的Ag-NW濃度,優化了Ag-NW復合材料以用作透明頂部觸點。研究人員總結說:“我們已經實現了13Ω/ sq的薄層電阻和700nm的90%的相應透射率。其次,我們在復合材料中使用了柔性聚合物基體,用于3D打印的柔性電容器。大約7pF的容量與大約5pF的估計值非常吻合。我們的表征涉及GISAXS,它可以研究具有高度統計相關性的嵌入式納米結構和界面。 Tis表明,GISAXS可以進一步發展為一種出色的技術,用于研究3D打印和技術相關的薄膜中的嵌入式納米結構!
中國3D打印網點評:材料科學不斷發展,在其中,復合材料已成為許多不同應用程序中提煉功能的重要組成部分。研究人員正在研究各種各樣的添加劑技術,從玻璃纖維到木質素以及其他木質復合材料,而許多不同的材料都具有潛力,例如抗氧化劑等。在未來必將有更多的復合材料進行3D打印領域,為我們的應用增加光彩!
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