Summary

Un metodo di fabbricazione di conduttori è molto estensibile con argento Nanofili

Published: January 21, 2016
doi:

Summary

A simple synthesis method is used to chemically solder silver nanowire thin film to fabricate highly stretchable and conductive metal conductors.

Abstract

Elettronica elastica sono identificati come una tecnologia chiave per applicazioni elettroniche nella prossima generazione. Una delle sfide nella fabbricazione di dispositivi elettronici estensibili è la preparazione di conduttori estensibili con grande stabilità meccanica. In questo studio, abbiamo sviluppato un semplice metodo di fabbricazione di saldare chimicamente i punti di contatto fra l'argento nanowire (AgNW) le reti. AgNW nanomesh stato depositato su un vetrino con metodo di rivestimento a spruzzo. Un inchiostro reattivo composto di nanoparticelle d'argento (AGNPS) precursori è stato applicato sopra lo spray rivestita film sottili AgNW. Dopo il riscaldamento per 40 minuti, sono stati AGNPS preferenzialmente generati negli incroci nanowire per saldare il nanomesh AgNW, e rafforzato la rete di conduzione. Il film sottile AgNW modificati chimicamente è stato poi trasferito in poliuretano (PU) substrati con il metodo di fusione. I film sottili saldati AgNW su PU esibito alcun cambiamento evidente nella conduttività elettrica sotto stiramento o rolling processo con allungamento ceppi fino al 120%.

Introduction

Dispositivi elettronici deformabili con grande elasticità sono stati identificati come parti critiche alla realizzazione di elettronica indossabile e portatile nella prossima generazione. 1 Tali dispositivi elettronici estensibili mostrano non solo una grande flessibilità come quei dispositivi elettronici su fogli di plastica, 2, 3, ma anche esporre eccellente prestazioni in gravi condizioni di stretching o torsioni. 4 Per realizzare gli elettronica elastica, è necessario materiali con ottime prestazioni elettrico sotto grandi deformazioni. I recenti progressi nella scienza dei materiali hanno dimostrato la possibilità di sintetizzare tali materiali funzionali e li hanno utilizzati per la progettazione di dispositivi optoelettronici estensibili 5-9 con grande tolleranza alle deformazioni di forma complessa. Tra tutti i materiali elettronici funzionali, conduttori estensibili sono necessari per fornire energia elettrica ai dispositivi optoelettronici e quindi sono di importanza critica per le prestazioni del dispositivo.Poiché materiali conduttori regolari, come metallo o ossido di indio e stagno, mancanza di robustezza meccanica ai grandi deformazioni, interconnessioni in queste materie sono in grado di mostrare una buona conduttività elettrica sotto stiramento. Quindi, substrati elastici ricoperti da un sottile strato di materiali conduttori flessibili, come nanotubi di carbonio, grafene 1, 10 o AgNWs, 11-14 sono progettati per conduttori con eccellente estensibilità. A causa della elevata conducibilità bulk, film sottili AgNW hanno dimostrato di essere il materiale più promettente per conduttori compositi estensibili. 13 Le reti di percolazione di film sottili AgNW può ospitare efficacemente grandi deformazioni elastiche nel processo di stiro con grande conduttanza elettrica, e sono considerati come un promettente candidato elettrodo estensibile. Per implementare film sottili AgNW come conduttori estensibili, è necessario avere contatti elettrici effettivi tra AgNWs. Dopo la deposizione un liquidod essiccazione su superfici del substrato, AgNWs pila regolarmente insieme per formare una maglia di percolazione con punti di contatto sciolti, che producono in grandi resistenze elettriche. Così, uno ha bisogno di ricottura i contatti tra nanofili di alta temperatura o alta pressione metodi di ricottura 15-20 per ridurre le resistenze di contatto.

In contrasto con questi processi di ricottura in letteratura, qui, si dimostrerà un semplice metodo chimico per temprare AgNW connessioni di rete in condizioni di laboratorio regolari. 21 Il processo di fabbricazione è mostrato in Figura 4A. Un inchiostro reattivo viene utilizzato per sinterizzare spray rivestiti film sottili AgNW su una lastra di vetro. Dopo la reazione, i contatti tra nanofili sono coperti con argento e quindi la rete AgNW è saldato chimicamente insieme. Metodo ghisa e buccia viene quindi utilizzato per trasferire la rete AgNW saldato ad un substrato elastico PU per formare un conduttore composito che può esibire alcun cambiamento evidente in conducibilità elettrica anche a grande sforzo a trazione di 120%.

Protocol

1. Preparazione di Silver Precursore Ink Aggiungere 1,85 g di dietanolammina (DEA) in 3,15 ml di acqua deionizzata. Sciogliere 0,15 g di nitrato d'argento in 5 ml di acqua deionizzata. Miscelare la soluzione acquosa di nitrato d'argento con DEA in un rapporto 1: 1 volume avere inchiostro precursore 10 ml argento destra prima dell'uso. 2. Realizzazione di Stretchable conduttivi film sottili Preparazione di inchiostro AgNW</st…

Representative Results

La morfologia della pellicola sottile AgNW dopo processo di saldatura chimica è mostrato nella Figura 4B. AGNPS recuperati preferenzialmente crescono sulla superficie della AgNWs e avvolgere nel corso degli svincoli filo / filo. Figura 5 mostra la variazione della resistenza dello strato con ceppi allungamento applicati per la dissaldato e film sottili saldati contenenti diverse quantità di AgNWs. Dopo il processo di saldatura chimica,…

Discussion

Il processo di saldatura chimica può contribuire a rafforzare il contatto tra nanofili d'argento. Come mostrato in Figura 4b, le giunzioni filo / filo sono coperti con argento dopo l'applicazione dell'inchiostro argento reattiva nel getto rivestito AgNW film sottile. Il recupero dell'argento fortemente basata sulla formaldeide generato da DEA degradazione, e quindi il processo di saldatura o la riduzione d'argento può essere accelerato con l'aumentare della tem…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors are grateful for the financial support from Ministry of Science and Technology.

Materials

Silver nanowire Sigma-Aldrich 778095-25ML AgNW, 120 nm in diameter and 20-50 mm in length, 0.5 wt% in IPA
Silver nitrate crystal Macron Fine Chemicals MK216903
Diethanolamine Sigma-Aldrich D8885-500G
Polyurethane emulsion First Chemical 20130326036 35 wt% water-based anionic polyester-polyurethane emulsion
Airbrush Taiwan Airbrush & Equipment AFC-sensor 
Desktop robot Dispenser Tech DT-200 
Digital dispenser controller Dispenser Tech 9000E 
Auto-spraying program Dispenser Tech Smart robot edit version 3.0.0.5
Air compressor  PUMA Industrial NCS-10 
Linear motorized stage TANLIAN E-O Customized
Stage control software TANLIAN E-O Customized
Digital multimeter HILA INTERNATIONAL DM-2690TU
Digital multimeter software HILA INTERNATIONAL NA
Power supply CHERN TAIH CT-605
LED PChome M08330766 http://www.pcstore.com.tw/sun-flower/M08330766.htm

References

  1. Rogers, J. A., Someya, T., Huang, Y. Materials and mechanics for stretchable electronics. Science. 327 (5973), 1603-1607 (2010).
  2. Mazzeo, A. D., et al. Paper-based, capacitive touch pads. Adv. Mater. 24 (21), 2850-2856 (2012).
  3. Yang, C., et al. Silver nanowires: from scalable synthesis to recyclable foldable electronics. Adv. Mater. 23 (27), 3052-3056 (2011).
  4. Sekitani, T., Someya, T. Stretchable, Large-area Organic Electronics. Adv. Mater. 22 (20), 2228-2246 (2010).
  5. Lipomi, D. J., Tee, B. C., Vosgueritchian, M., Bao, Z. Stretchable organic solar cells. Adv. Mater. 23 (15), 1771-1775 (2011).
  6. Liang, J., Li, L., Niu, X., Yu, Z., Pei, Q. Elastomeric polymer light-emitting devices and displays. Nat. Photonics. 7 (10), 817-824 (2013).
  7. White, M. S., et al. Ultrathin, highly flexible and stretchable PLEDs. Nat. Photonics. 7 (10), 811-816 (2013).
  8. Chang, I., et al. Performance enhancement in bendable fuel cell using highly conductive Ag nanowires. Int. J. Hydrogen Energ. 39 (14), 7422-7427 (2014).
  9. Yan, C. Y., et al. An Intrinsically Stretchable Nanowire Photodetector with a Fully Embedded Structure. Adv. Mater. 26 (6), 943-950 (2014).
  10. Lee, M. S., et al. High-performance, transparent, and stretchable electrodes using graphene-metal nanowire hybrid structures. Nano Lett. 13 (6), 2814-2821 (2013).
  11. Xu, F., Zhu, Y. Highly conductive and stretchable silver nanowire conductors. Adv. Mater. 24 (37), 5117-5122 (2012).
  12. Yun, S., Niu, X., Yu, Z., Hu, W., Brochu, P., Pei, Q. Compliant silver nanowire-polymer composite electrodes for bistable large strain actuation. Adv. Mater. 24 (10), 1321-1327 (2012).
  13. Lee, P., et al. Highly stretchable and highly conductive metal electrode by very long metal nanowire percolation network. Adv. Mater. 24 (25), 3326-3332 (2012).
  14. Akter, T., Kim, W. S. Reversibly Stretchable Transparent Conductive Coatings of Spray-Deposited Silver Nanowires. ACS Appl. Mater. Interfaces. 4 (4), 1855-1859 (2012).
  15. Madaria, A., Kumar, A., Ishikawa, F., Zhou, C. Uniform, highly conductive, and patterned transparent films of a percolating silver nanowire network on rigid and flexible substrates using a dry transfer technique. Nano Res. 3 (8), 564-573 (2010).
  16. Lee, J., et al. Room-Temperature Nanosoldering of a Very Long Metal Nanowire Network by Conducting-Polymer-Assisted Joining for a Flexible Touch-Panel Application. Adv. Funct. Mater. 23 (34), 4171-4176 (2013).
  17. Tokuno, T., et al. Fabrication of silver nanowire transparent electrodes at room temperature. Nano Res. 4 (12), 1215-1222 (2011).
  18. Garnett, E. C., et al. Self-limited plasmonic welding of silver nanowire junctions. Nat. Mater. 11 (3), 241-249 (2012).
  19. Zhu, S., et al. Transferable self-welding silver nanowire network as high performance transparent flexible electrode. Nanotechnology. 24 (10), 1321-1327 (2013).
  20. Han, S., et al. Fast Plasmonic Laser Nanowelding for a Cu-Nanowire Percolation Network for Flexible Transparent Conductors and Stretchable Electronics. Adv. Mater. 26 (33), 5808-5814 (2014).
  21. Chen, S. P., Liao, Y. C. Highly stretchable and conductive silver nanowire thin films formed by soldering nanomesh junctions. Phys. Chem. Chem. Phys. 16 (37), 19856-19860 (2014).
  22. Chen, S. P., Kao, Z. K., Lin, J. L., Liao, Y. C. Silver conductive features on flexible substrates from a thermally accelerated chain reaction at low sintering temperatures. ACS Appl. Mater. Interfaces. 4 (12), 7064-7068 (2012).

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Cite This Article
Chang, C., Chen, S., Liao, Y. A Fabrication Method for Highly Stretchable Conductors with Silver Nanowires. J. Vis. Exp. (107), e53623, doi:10.3791/53623 (2016).

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