银纳米线的可控合成及其透明电极的性能表征

摘要

银纳米线可用于制备光电性能优异且具柔性的透明电极，是最有希望替代ITO导电玻璃的新一代透明导电材料。理论研究表明，制备性能优异透明电极的银纳米线应具有细且长的特性，直径应小于30nm，长径比应不小于800。本文以合成细长银纳米线和制备高性能透明电极为目标，研究不同尺寸银纳米线的可控合成以及透明电极的制备、性能优化和表征。
　　研究发现，用一锅多醇法工艺制备银纳米线易于实现其直径及长径比的可控。形核条件、生长阻力、生长速率、二次形核等是影响细长银纳米线合成的因素。论文系统研究了一锅多醇法制备细长银纳米线的反应体系及工艺参数，实现了直径40~100nm平均长度0.04~40μm范围内银纳米线的尺寸可控。
　　重点研究各类卤化物成核控制剂对银纳米线合成反应中形核和生长过程的影响。建立了成核控制剂——成核大小——产物尺寸的物理模型。实验表明，选用NaCl/KBr体系混合形核剂，可合成出平均直径26nm，平均长度21μm，长径比超过800，满足高性能透明电极要求的细长银纳米线。分析认为，氯离子对反应活度的降低和溴离子对成核尺寸的控制是制备细长银纳米线的关键。
　　在掌握银纳米线分离分散工艺的基础上，制备了银纳米线分散液（不含树脂粘接剂）及银纳米线墨水（含低体积分数树脂粘接剂），并用旋涂法分别在玻璃和PET两种基材表面制备出透明导电膜层。在玻璃和 PET表面用优化的分散液配方制得的导电膜层在90％透过率下的方阻分别为17.6Ω/sq和29.5Ω/sq。而由墨水制备的膜层光电性能与分散液制备的膜层相当，经胶带粘揭后导电性能基本不变。
　　旋涂法制得的银纳米线导电膜层经洗涤、加热、加压、介质还原等后处理可进一步提高透明电极的光电性能。各种处理的基本原理均为在不降低透光性能的基础上降低银纳米线网络节点的接触电阻，以提高膜层的导电性能。结果表明，在玻璃和PET基底上制备的细长银纳米线透明电极经加热处理后，在90%的透过率下方阻可低至10Ω/sq左右，显著优于ITO透明电极的光电性能。PET基底的银纳米线透明电极在加热后导电膜层的附着力明显提升。玻璃基底银纳米线透明电极经树脂覆盖后基底附着力大幅提高，经多次胶带粘揭方阻增大率小于10%。

目录

声明

第一章 综述

1.1透明电极及透明导电材料

1.2银纳米线尺寸对电极性能的影响

1.3银纳米线的多醇法合成

1.4银纳米线透明电极的制备

1.5银纳米线透明电极的研究现状

1.6选题依据、目标和研究内容

第二章 实验研究方法

2.1试剂、设备和仪器

2.2 实验内容

2.3测试与表征

第三章 银纳米线的可控合成研究

3.1加料方法对合成的影响

3.2反应环境对合成的影响

3.3反应体系对合成的影响

3.4高长径比银纳米线的合成条件

3.5二次成核与均匀长线的合成及其机理

3.6细长银纳米线的合成

3.7本章小结

第四章 银纳米线透明电极的制备及性能表征

4.1基于银纳米线分散液的透明电极制备及性能

4.2 基于银纳米线墨水的透明电极制备及性能

4.3基底改性对透明电极性能的影响

4.4本章小结

第五章 透明电极的后处理及性能优化

5.1洗涤对透明电极性能的影响

5.2加热对电极性能的影响

5.3加压对透明电极性能的影响

5.4介质处理对透明电极性能的影响

5.5树脂覆盖对透明电极性能的影响

5.6本章小结

结 束 语

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果