湖南大學段鑲鋒團隊JACS：Ag－NW透明薄膜邁向實際應用還要解決哪些問題？

添加時間：2020/12/04

    透明導體（TC）是既有較高的透光率、又有優良導電能力的功能薄膜。它是平面顯示器、有機發光二極管（OLED）和太陽能電池等電子與光伏器件的關鍵原件之一。目前，ITO（銦錫氧化物）薄膜是應用最廣泛的TC，但是ITO薄膜在應用上存在銦資源短缺、薄膜加工成本高、在柔性基底上容易碎裂等問題。為了克服ITO的缺陷、滿足新一代柔性器件的需要，近年來人們已經研究了幾種可替代ITO的TC材料，例如導電聚合物、碳納米管、石墨烯和Ag納米線（Ag－NW）。其中，Ag－NW具有優異的機械性能、光學性能和導電性能，而且其制備成本低（可通過化學法合成）、并可通過溶液法（如旋涂、涂布等）加工成透明薄膜。因而，Ag－NW薄膜特別具有吸引力，是最有希望的下一代TC。然而，Ag－NW通常采用多元醇還原法合成，在合成過程中需要使用高分子配體聚乙烯吡諾烷酮（PVP）來作為Ag－NW的結構導向劑和穩定劑。因此，Ag－NW被加工成薄膜后中，殘留在其表面的PVP絕緣層會導致在Ag－NW與Ag－NW的接觸處形成了非理想的Ag－PVP－Ag界面，從而產生較高的接觸電阻，惡化Ag－NW透明薄膜的導電能力。此外，銀是較活潑的金屬、在大氣環境下容易氧化，從而導致Ag－NW透明薄膜的穩定性差。因此，如何有效解決這兩個難題是Ag－NW透明薄膜邁向實際應用亟待解決的挑戰。
    近日，湖南大學化學化工學院的段鑲鋒教授、胡家文教授和物理與微電子科學學院的胡偉助理教授，在化學類頂級期刊J． Am． Chem． Soc．上發表了題目為“Direct Room Temperature Welding and Chemical Protection of Silver Nanowire Thin Films for High Performance Transparent Conductors”的文章，報道了以室溫直接焊接和化學保護方式，來大大提高Ag－NW透明薄膜的導電性和穩定性的研究。研究發現，用NaBH4溶液處理Ag－NW透明薄膜，可以有效移除Ag－NW表面殘留的PVP絕緣配體，在Ag－NW與Ag－NW接觸處形成干凈的Ag－Ag界面，從而提高Ag－NW透明薄膜的導電能力。在處理后的Ag－NW透明薄膜表面進一步修飾致密、疏水的十二烷基硫醇（DT）保護層后，保護層可以有效隔離空氣中的水分及腐蝕性成分（如含硫化合物）對Ag－NW透明薄膜的腐蝕和氧化，從而大大提高了Ag－NW透明薄膜的穩定性。該研究提供了一種溫和的、室溫溶液焊接和保護Ag－NW透明薄膜的方法，可以顯著提高Ag－NW透明薄膜的導電性和穩定性，同時不影響其透明度，從而為Ag－NW透明薄膜的實際應用邁出了重要一步。