本文選題：銅納米線 + 導電薄膜　； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學》2016年博士論文

【摘要】：導電薄膜是電子產品中必不可少的重要組件之一,廣泛應用于顯示屏幕、觸摸屏、太陽能電池、發(fā)光二極管(Light-emitting diode, LED)等器件,并有望能夠實現(xiàn)在柔性顯示和可穿戴電子器件中的應用。然而,目前生產中制備導電薄膜使用的氧化銦錫(Indium tin oxide, ITO)材料存在造價高、儲備少、脆性大等缺點。銅納米線薄膜被認為是替代傳統(tǒng)ITO導電薄膜的最有希望的材料之一,并且因其低廉的價格、豐富的儲備和優(yōu)異的導電性能受到越來越多的關注。為了促進銅納米線導電薄膜的應用,研發(fā)簡單、快捷、無需保護氣氛、避免高溫和腐蝕環(huán)境的制備銅納米線導電薄膜的技術迫在眉睫。本文使用了一種新穎的快速光燒結技術制備銅納米線透明導電薄膜,通過光燒結后銅納米線網絡的微觀結構和表面成分分析,對光燒結機理進行了深入的探討。同時,使用光燒結技術在樹脂基薄膜上制備了可拉伸的銅納米線導電薄膜,系統(tǒng)的對薄膜的彎曲、拉伸性能進行了考察。此外,實現(xiàn)了這種可拉伸的銅納米線導電薄膜在可穿戴的傳感器和加熱器中的應用。使用綠色的水熱法以十八胺(Octadecylamine, ODA)做表面活性劑合成了高質量的銅納米線,其直徑在40nm左右,長度為10μm-50μm。提出了水熱法合成銅納米線的生長機制,胺類表面活性劑的分子量是影響銅納米線形貌的重要因素,銅離子容易與長碳鏈的胺類形成Cu2+～NH2-R的絡合物,這種絡合物促進了銅納米線的形核和沿一維方向生長。通過X射線光電子譜(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)和高分辨透射電鏡(High-resolution transmission electron microscope, HRTE M)對新合成的銅納米線的分析發(fā)現(xiàn),銅納米線在表面發(fā)生氧化,而銅的氧化物會降低銅納米線的導電性。采用快速光燒結技術在玻璃基底上成功制備了透過率為85%、方阻僅為34.1Ohm/sq的銅納米線透明導電薄膜。通過對光燒結之后銅納米線網絡微觀結構和表面成分的分析,揭示了光燒結作用機制。光能轉化為熱能燒結銅納米線形成了互連的網絡,相互間的接觸面積增大；由于銅納米線的表面等離子共振(Surface plasmon resonance, SPR)效應,銅納米線在相互交叉的地方對光能的吸收更為強烈,促進了銅納米線之間的互連；銅納米線表面覆蓋的ODA經光分解成為還原性的有機物,并與銅的氧化物反應,得到了更充分的銅-銅接觸。由于銅納米線之間互連網絡的形成以及光分解去氧化的機制,光燒結技術成為一種快速、簡單、有效的制備性能優(yōu)秀的銅納米線導電薄膜的方法。采用快速光燒結法在聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate, PET)基底上制備了銅納米線透明導電薄膜。在普通柔性N-PET (Normal polyethylene terephthalate)薄膜上制備銅納米線透明導電薄膜過程中,光燒結過程容易對PET樹脂薄膜造成損傷,從而影響薄膜的透過率。通過使用表面處理的商用C-PET (Commercial polyethylene terephthalate)基底可以有效避免熱量對薄膜的損傷,最終在柔性C-PET薄膜上制備了透過率為84%、方阻為53.5Ohm/sq的銅納米線透明導電薄膜。使用一步光燒結技術在彈性聚氨基甲酸酯(Polyurethane, PU)基底表面制備銅納米線可拉伸導電薄膜。研究結果表明,經過光燒結,銅納米線埋入到PU薄膜的表面,這種埋入結構有利于增強薄膜的機械魯棒性。測試結果表明,銅納米線/PU導電薄膜在10%應力下拉伸／釋放1000個循環(huán),相對電阻僅僅增長了一倍。在聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)基底上制備銅納米線可拉伸導電薄膜的結果表明,由于光燒結之后銅納米線與PDMS基底之間結合力較弱,銅納米線/PDMS導電薄膜在拉伸條件下電性能迅速降低。在銅納米線/PDMS導電薄膜表面再次涂覆PDMS薄膜大大改善了兩者之間的結合力.載20%應力下循環(huán)拉伸/釋放1000個循環(huán),電阻只增長為原來的1.8倍。實現(xiàn)了銅納米線/PU可拉伸導電薄膜在可穿戴的應力傳感器和加熱器上的應用。在手指關節(jié)處粘貼銅納米線/PU導電薄膜,通過手指彎曲和伸直狀態(tài)下導電薄膜的電阻變化可以對手指的行為進行探測。在銅納米線/PU導電薄膜兩端輸入電壓,實現(xiàn)了銅納米線導電薄膜的加熱功能。當輸入電壓為3V時,薄膜溫度可以達到46°C。這兩種器件的成功制備為銅納米線導電薄膜在信息傳輸和醫(yī)療等領域的應用提供了依據。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2

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