湖南大学段镶锋团队JACS：Ag－NW透明薄膜迈向实际应用还要解决哪些问题？

添加时间：2020/12/04

    透明导体（TC）是既有较高的透光率、又有优良导电能力的功能薄膜。它是平面显示器、有机发光二极管（OLED）和太阳能电池等电子与光伏器件的关键原件之一。目前，ITO（铟锡氧化物）薄膜是应用最广泛的TC，但是ITO薄膜在应用上存在铟资源短缺、薄膜加工成本高、在柔性基底上容易碎裂等问题。为了克服ITO的缺陷、满足新一代柔性器件的需要，近年来人们已经研究了几种可替代ITO的TC材料，例如导电聚合物、碳纳米管、石墨烯和Ag纳米线（Ag－NW）。其中，Ag－NW具有优异的机械性能、光学性能和导电性能，而且其制备成本低（可通过化学法合成）、并可通过溶液法（如旋涂、涂布等）加工成透明薄膜。因而，Ag－NW薄膜特别具有吸引力，是最有希望的下一代TC。然而，Ag－NW通常采用多元醇还原法合成，在合成过程中需要使用高分子配体聚乙烯吡诺烷酮（PVP）来作为Ag－NW的结构导向剂和稳定剂。因此，Ag－NW被加工成薄膜后中，残留在其表面的PVP绝缘层会导致在Ag－NW与Ag－NW的接触处形成了非理想的Ag－PVP－Ag界面，从而产生较高的接触电阻，恶化Ag－NW透明薄膜的导电能力。此外，银是较活泼的金属、在大气环境下容易氧化，从而导致Ag－NW透明薄膜的稳定性差。因此，如何有效解决这两个难题是Ag－NW透明薄膜迈向实际应用亟待解决的挑战。
    近日，湖南大学化学化工学院的段镶锋教授、胡家文教授和物理与微电子科学学院的胡伟助理教授，在化学类顶级期刊J． Am． Chem． Soc．上发表了题目为“Direct Room Temperature Welding and Chemical Protection of Silver Nanowire Thin Films for High Performance Transparent Conductors”的文章，报道了以室温直接焊接和化学保护方式，来大大提高Ag－NW透明薄膜的导电性和稳定性的研究。研究发现，用NaBH4溶液处理Ag－NW透明薄膜，可以有效移除Ag－NW表面残留的PVP绝缘配体，在Ag－NW与Ag－NW接触处形成干净的Ag－Ag界面，从而提高Ag－NW透明薄膜的导电能力。在处理后的Ag－NW透明薄膜表面进一步修饰致密、疏水的十二烷基硫醇（DT）保护层后，保护层可以有效隔离空气中的水分及腐蚀性成分（如含硫化合物）对Ag－NW透明薄膜的腐蚀和氧化，从而大大提高了Ag－NW透明薄膜的稳定性。该研究提供了一种温和的、室温溶液焊接和保护Ag－NW透明薄膜的方法，可以显著提高Ag－NW透明薄膜的导电性和稳定性，同时不影响其透明度，从而为Ag－NW透明薄膜的实际应用迈出了重要一步。