第一篇：基于金屬納米槽網(wǎng)格的透明電極的研究

基于金屬納米槽網(wǎng)格的透明電極研究

透明導(dǎo)電電極是許多柔韌性的光電設(shè)備的重要組件，包括觸屏和電子交換機(jī)。銦錫氧化物薄膜——是典型的透明電極材料——表現(xiàn)了優(yōu)越的電學(xué)行為，但是，薄膜易碎，且有低的紅外線透光度和較低的材料儲備，這使得它在現(xiàn)實工業(yè)上的應(yīng)用受到阻礙。最近發(fā)布的一些報道，例如導(dǎo)電聚合物，碳納米管和石墨烯都可以替代它。然而，盡管這樣會使它的柔韌性顯著提高，但是以碳為基體的材料的光電性能所表現(xiàn)的低導(dǎo)電性給了它很大的局限性。其他的一些例子包括金屬基納米電極能夠達(dá)到在90%的透光率下，薄膜電阻可以小于10Ω，這是由于金屬高的導(dǎo)電性造成的。為了達(dá)到這些性能，金屬納米線必須無缺陷，導(dǎo)電性接近他們在容量上的的值，使線與線的連接點的數(shù)量盡可能的小，呈現(xiàn)出小的連接電阻。這里我們提出一個簡單地制作過程，根據(jù)我們?nèi)康男枨髞碇圃煲环N新的具有優(yōu)良光電子性能（2Ω的薄膜電阻，90%的透光率）和在拉伸與彎曲作用下保持良好的機(jī)械柔韌性的透明導(dǎo)電電極。這種電極是由獨立的金屬納米槽網(wǎng)絡(luò)組成以及被生產(chǎn)要通過靜電紡絲和金屬沉積的過程。我通過制作一個柔韌性好的觸摸屏和一個透明導(dǎo)電膠帶的方式來證明透明導(dǎo)電電極在實際中的應(yīng)用。

用掃描電子顯微鏡（SEM）來表征納米槽的微觀結(jié)構(gòu)。圖1b是了納米槽網(wǎng)格的典型結(jié)構(gòu)，在這種情況下，一個均勻的相互纏結(jié)的金納米網(wǎng)格網(wǎng)狀物的寬度達(dá)到400納米，長度超過1毫米。在金屬沉積物中，獨特的納米網(wǎng)格在它們的結(jié)點位置自然地相互聯(lián)結(jié)在一起是很重要的（如圖1b）。合成的納米槽的SEM圖像證實了聚合物纖維模板得到了充分的變形，通過凹截面清除固體帶狀物。水槽的厚度是80納米左右，通過改變金屬沉積的時間來獲取不同的槽的厚度。每個水槽平均寬度406nm（如圖S6），并能通過用靜電紡絲的手段控制聚合物纖維模板的直徑來完成調(diào)整。圖一展示了金納米槽成功附著在不同表面，這些表面包括載玻片，PET塑料制品，紙，紡織品和曲面玻璃燒瓶，它們?nèi)繘]有表面處理，也沒有制作全部的表面高傳導(dǎo)（圖1d，如圖s9）。納米槽很牢固的吸附在基底上，且不能被膠帶剝落（添加影片S1）。

超過80nm的金屬薄膜通常具有低的透明度，但是金屬納米槽具有高的透明度（如圖S10）。圖2a將各種表面電阻Rs以玻璃為基片的金屬納米槽電極的透明度進(jìn)行劃分。銅，金和銀納米槽在90%的透光率下的電阻值分別為2.8Ω和10Ω。銅納米槽網(wǎng)格表現(xiàn)出最好的性能——透光率為90%2的電阻為20Ω，95%時為10Ω，以及97%時電阻為17Ω——這一性能可以與最先進(jìn)的ITO相媲美，而且優(yōu)于其他透明導(dǎo)電電極，例如那些以石墨烯，碳納米管為基體的薄膜，可溶解加工的銀納米線或銅納米線以及金屬網(wǎng)絡(luò)、薄的金屬片和導(dǎo)電聚合物。

（圖1 納米槽的制造和的轉(zhuǎn)移過程。a，聚合物納米線模板制造納米槽過程的原理圖。聚合物納米線模板通過靜電紡絲，選擇優(yōu)質(zhì)材料，用標(biāo)準(zhǔn)薄膜沉積技術(shù)來進(jìn)行涂層。纖維涂層通過固體基片被轉(zhuǎn)移。基片隨后被浸在水或者有機(jī)溶劑用以清除聚合物纖維模板。b，金納米槽網(wǎng)格和兩個納米槽的連接點的SEM圖。c，獨立的金納米槽的SEM橫截面圖片展示了凹形形狀d，金納米槽網(wǎng)格能夠簡單的轉(zhuǎn)移到各種基體上，包括玻璃載片，PET塑料，紙，紡織品和曲面玻璃燒瓶（從左往右））

納米槽電極的這種卓越的性能歸因于以下幾種重要因素。首先，金屬納米槽是由用一個標(biāo)準(zhǔn)的沉積薄膜工藝生產(chǎn)出來的，沉積工藝生產(chǎn)了高質(zhì)量的金屬。例如，一個單獨的金納米槽有2.2×105Scm-1 的電導(dǎo)率（通過四點探針來衡量），這個可以與他的多晶容量值相比（4.1×105Scm-1）（圖2b，以及圖S12和S13）。相對于與他們的大部分同類物品相比，納米結(jié)構(gòu)的金屬通常有更低的導(dǎo)電性的這個數(shù)據(jù)是很重要的，在合成期間也許由于雜質(zhì)的生成，減少了結(jié)晶質(zhì)量，在表面有污垢或表面活性劑，以及電子散射。例如單晶的銀納米線的導(dǎo)電性大約低于多晶的十倍。相反的，我們的納米槽展現(xiàn)的電導(dǎo)率接近多晶的一半，可能是由于蒸發(fā)造成的結(jié)果，生產(chǎn)了清潔和高質(zhì)量的金屬。

第二，納米槽形成了高度均勻、相互聯(lián)結(jié)的網(wǎng)格狀。這些納米槽電極的特性由滲透理論描述出來（如圖S11）。這些納米槽網(wǎng)格需要有特殊的過濾參數(shù)來完成高性能透明導(dǎo)電電極（如表S1）。它表明過濾參數(shù)主要依賴于網(wǎng)格的均勻性。改進(jìn)方案之所以能夠被觀察歸因于網(wǎng)格在空間上的一致性，這個網(wǎng)格是通過靜電紡絲的方法均勻分布在聚合物納米線模板上完成的。納米槽網(wǎng)格的這種互相聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)也避免產(chǎn)生了大量的連接電阻，金屬納米線網(wǎng)格中的普通障礙物。

第三，納米槽的凹形減少了電磁的橫截面，相對于平的納米條允許了更多的可見光通過。（如圖S15）金屬納米槽網(wǎng)格表現(xiàn)出了一個從300nm到2000nm的透明光譜（圖2c，如圖S16）。一些光電設(shè)備通過一些額外的彩色修正部件得到令人滿意的寬頻光譜，使紅外傳感器和偵測器的應(yīng)用成為可能，以及能夠通過利用紅外光譜提高太陽能電池的效率（常見的ITO導(dǎo)體變得幾乎不透明）。

化學(xué)穩(wěn)定性是透明導(dǎo)電的另一個需要我們注意的重點。附加圖S17展示了各種金屬納米槽網(wǎng)格在受到高溫和濕度的影響時電阻的改變。通過表面鈍化使化學(xué)穩(wěn)定性提高，以及證明我們之前對銅納米線做的研究。納米槽的鈍化已經(jīng)超出了我們當(dāng)前的研究范圍，它將成為未來的研究課題。

我們的金屬納米槽網(wǎng)格是可以彎曲的，且能伸展、能折疊。為了檢測他們的機(jī)械性能，我們將納米網(wǎng)格轉(zhuǎn)移到178μm厚的PET基片上，彎曲這個薄膜達(dá)到2mm的半徑范圍或者彎曲2000次，使薄膜厚度達(dá)到20mm。彎曲之后再次測試這個透明電極，我們沒有發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電性有顯著的衰減。但是與此相反的是ITO薄膜在彎曲小于50毫米，或者彎曲20毫米超過20次之后導(dǎo)電性有嚴(yán)重的衰減。透明電極的延展性通過轉(zhuǎn)移納米槽網(wǎng)格纖維底片來檢測，而不是表面活化。在單向拉伸產(chǎn)生50%的應(yīng)變時薄膜的電阻增加了40%，它可以與碳納米基的透明彈性導(dǎo)體的性能相比，而且在很大程度上對于相似厚度的金屬薄膜在電阻上還有很顯著的增加。

將納米槽網(wǎng)格轉(zhuǎn)移到了紙上來測試其在極端條件下的機(jī)械性能。把電極壓碎然后展開在紙上，我們發(fā)現(xiàn)電極仍保持導(dǎo)電性，且在電阻上僅僅發(fā)生了有限的改變（如圖3a，以及S18）。這個機(jī)械學(xué)上的原理是，在折疊期間納米槽仍保持連續(xù)，經(jīng)過納米級變形來緩和外部壓力。而且從SEM圖中可以看出，獨立的金屬納米槽網(wǎng)格能夠折疊而不會破損。這些耐用的納米槽網(wǎng)格也能夠轉(zhuǎn)移到商業(yè)的透明膠帶上去，可以生產(chǎn)透明導(dǎo)電膠帶。這個透明導(dǎo)電膠帶能夠很容易的黏住材料表面，且不需要表面處理而使材料表面導(dǎo)電。這個新的技術(shù)也許能簡單地用運在光電設(shè)備集成上，也可以擴(kuò)大透明導(dǎo)電電極應(yīng)用的領(lǐng)域。

由于金屬納米槽電極的一些優(yōu)勢，包括容易制作，不需要轉(zhuǎn)移，高的透明度和良好的柔韌性，因此這些電極也能夠應(yīng)用在實際的光電設(shè)備上。事實上，我們已經(jīng)展示了一個高性能的納米槽，并與有抵抗性的觸摸屏裝置合為一體。這個裝置的操作展示在動畫S3。

最后，連續(xù)的金屬納米槽獨特的凹形和納米級尺寸也可以引起一些光學(xué)特性。為了理解入射光掃描和納米槽之間的作用關(guān)系，我們用數(shù)字解決麥克斯韋方程，并獲得納米槽周圍光強(qiáng)度的擬域分布。我們的仿真預(yù)言了局部“光集中”現(xiàn)象與結(jié)構(gòu)有關(guān)，在金屬納米槽附近有效的聚合了光。對于橫向磁場極化，掃描強(qiáng)度幾乎是表面離子效應(yīng)環(huán)繞功能區(qū)內(nèi)部的七倍。有趣的是，橫斷面電子極化，甚至沒有表面離子效應(yīng)，納米槽仍然能夠提供一個有效的的輕聚合效果，包括通過中心6.5處的因素使掃描強(qiáng)度加強(qiáng)。這是由于功能區(qū)獨特的橫截面，宏觀水槽反光鏡的活動是為了獲取中心掃描強(qiáng)度的最大值。這種獨特的局部光聚合效應(yīng)在一些光電子的應(yīng)用上是有希望的，包括太陽能電池，太陽能燃料，光輔助局部化學(xué)反應(yīng)以及光量傳感器等。

總之，我們發(fā)現(xiàn)金屬納米槽透明導(dǎo)電電極表現(xiàn)出卓越的光電子性能（對比同等級的ITO）和優(yōu)越的機(jī)械性能（能夠忍受巨大的彎曲和拉伸應(yīng)力）。它們的合成是基于標(biāo)準(zhǔn)的靜電紡絲和金屬沉積技術(shù)，能夠簡易的合成并能被人們?nèi)菀捉邮堋＿@樣的金屬納米槽電極能夠取代ITO，它可以廣泛的應(yīng)用在太陽能電池，觸摸傳感器以及平板顯示器，還可以用于一些新型的應(yīng)用領(lǐng)域例如柔韌電子和皮膚傳感器。

方法：

納米槽的制作：高分子納米纖維模板通過靜電紡絲合成，低成本和高質(zhì)量制備連續(xù)超長的納米纖維是一項卓越的技術(shù)。可溶于水的聚合物包括PVA和PVP，被用作原材料來生產(chǎn)自然可降解的聚合物模板。前驅(qū)體溶液是通過將聚合粉添加到去離子水中，然后加熱到80℃保持10小時來制備的。

15kv的電壓被用到高電壓源的溶液。獨立的纖維逐步形成一個網(wǎng)格，收集在銅的框架上。納米纖維的密度通過改變靜電紡絲的時間來控制。金屬納米槽通過鉻、金、銅、銀和鋁、白金和鎳的電子束蒸發(fā)來形成一個1×10-6Pa的底面壓力。對于應(yīng)用在透明電極的金屬納米槽網(wǎng)格，在一個恒定的10nm厚度的地方放了全部的金屬，除非有其他說明。在蒸發(fā)期間式樣的溫度維持在60℃以下。硅和ITO納米槽的產(chǎn)生是基于125W的低功率和5托的壓力電磁噴射而產(chǎn)生的。值得注意的是納米槽的質(zhì)量會受到聚合物模板的選擇的影響。因此，PVP納米纖維模板通過金，鉑，硅和ITO的納米槽來選擇，然而PVA納米纖維模板被用在銅，銀和鋁上。（蒸鍍是將待成膜的物質(zhì)置于真空中進(jìn)行蒸發(fā)或升華，使之在工件或基片表面析出的過程。）

對于光學(xué)和電學(xué)的的描述。這個薄膜的電阻用四點探針裝配的萬用表來測量，以便排除接觸電阻。納米槽的導(dǎo)電性是用一個獨立的納米槽裝置來決定的。對導(dǎo)電網(wǎng)格用乙醇進(jìn)行超聲處理，以形成懸浮的單個的納米槽。納米槽澆鑄到氧化硅基體上，并且用標(biāo)準(zhǔn)的電子束影印和鉻或金的熱蒸發(fā)的手段將圖案印到裝置上。納米槽裝置用安捷倫科技公司B1500A半導(dǎo)體裝置分析儀來進(jìn)行測量。用石英鎢鹵族燈作為光源來測量透光率，外加單色儀來控制波長。虹膜和凸透鏡用來聚焦光線到1mm×2mm，而且分束器將光線分離成完整的球面和光電二極管。為了強(qiáng)有力的校準(zhǔn)光，將光電二極管與靜電計相連。將樣品放在積分球面上，因此球面光，漫射光和薄霧全部被包含進(jìn)去。同一玻璃載片被用來參考。一個能量測算單位被用來衡量來自積分球的光電流，透射比基于參考平面的玻璃滑動來計算。因此，標(biāo)準(zhǔn)的透射比不包括玻璃基板的透射比。

觸摸屏裝置的制作。四線模擬觸摸屏裝置是由來自TVI電子工業(yè)重裝的。用一個PET薄膜和ITO玻璃塊的ITO電極組成2.8英寸的一個裝置，通過聚合物墊片方格來隔開。在重建裝置中，ITO和PET薄膜被一個178μm厚的PET的金納米槽網(wǎng)格所代替。為了制備金納米槽透明導(dǎo)電電極原件，金納米槽網(wǎng)格被移動到PET基片，然后用具有塑料硬膜的400nm厚的銅線對其進(jìn)行圖案裝飾。銅電路允許金納米槽電極與商業(yè)的控制器結(jié)合，而且它與計算機(jī)形成界面。三明治結(jié)構(gòu)的裝置最終被雙面膠帶密封了。測試的軟件也是由商家提供。

圖1為聚合物納米纖維模板制備納米槽的原理圖。聚合物納米纖維模板第一次通過靜電紡絲的方式來制備，然后涂上上等材料用標(biāo)準(zhǔn)的薄膜沉積技術(shù)。這個涂層纖維被轉(zhuǎn)移到固體基片上。為了溶解掉聚合物纖維模板這個基片隨后被浸在水里或者有機(jī)溶劑。

圖2為金屬納米槽網(wǎng)絡(luò)（左）和兩個納米槽的接點的頂視ＳＥＭ圖片。

圖３單壁金屬納米槽的橫截面ＳＥＭ圖片，展示了它的凹面形。

圖４金屬納米槽網(wǎng)絡(luò)能夠很容易的轉(zhuǎn)移到各種基片上，包括玻璃載片，ＰＥＴ塑料制品，紡織品和曲面玻璃燒瓶（如圖從左向右）。

銅，金，銀和鋁納米槽網(wǎng)絡(luò)的表面電阻和透光率的對比，這可以通過滲透理論來描述。ITO，碳納米管，石墨烯，銀納米線，銀網(wǎng)格以及鍍鎳薄膜表現(xiàn)出的性能作對比。值得注意的是提到的透射比并不包括基片的透射比。

D，對在178微米厚的PET基體上涂抹ITO薄膜以及金納米槽網(wǎng)格的透明電極組合在彎曲下電阻的變化。E，金納米槽電極和ITO電極涂抹在PET薄膜上在10mm的半徑范圍上彎折不同次數(shù)對電阻的影響。F，對可伸展的透明電極包含涂在0.5mm厚的PDMS的基底上的金納米槽網(wǎng)格進(jìn)行拉伸來看對Rs的影響。金薄膜相對于納米槽發(fā)生了很快的退化。

第二篇：納米材料之電池電極材料

納米材料之電池電極材料

鋰離子電池及電極材料

鋰離子電池納米氧化鈦UG20具有能量密度高，無記憶效應(yīng)，環(huán)境友好，壽命長等優(yōu)點。自1991年日本索尼公司率先將其商品化以來，發(fā)展迅速，市場范圍不斷擴(kuò)大。僅十年時間，其全球產(chǎn)值已超過鎳鎘和鎳氫電池的總和。鋰離子電池已在很多領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，如手機(jī)，筆記本電腦，攝像機(jī)等電子產(chǎn)品和交通工具中，見圖3.21.用鋰離子動力電池改裝的叫車，每次充電后可運行約480KM；從零加速到每小時100KM只需16s；反復(fù)充放電可行程2*10五次方KM；用于航空航天領(lǐng)域的蓄電池要求具有可靠性高，低溫性能好，循環(huán)壽命長，能量密度高和體積小等特點，而鋰離子電池具備這些特點，并已成功的應(yīng)用與活性著陸器和漫游器的系列探測任務(wù)。在軍事方面，前線部隊動力系統(tǒng)的能量密度的高低是橫梁其作戰(zhàn)能力的一項重要指標(biāo)。鋰離子電池納米氧化鈦UG20可用于先進(jìn)潛艇，導(dǎo)彈，隱性飛機(jī)等武器裝備的動力電源。

鋰離子電池（納米氧化鈦UG20）的廣泛應(yīng)用加快了鋰離子電池，尤其是鋰離子電極材料的研究和發(fā)展。特別是近幾年來，隨著納米材料的發(fā)展，納米電極也被很廣泛應(yīng)用，為鋰離子電池材料的研究開辟了一種全新的思路。事實證明，利用納米電極材料可以極大的提高電池的可用容量和擴(kuò)散速率。

公司：蘇州優(yōu)鋯納米材料有限公司

第三篇：石墨烯納米銀線金屬網(wǎng)格對比分析

石墨烯/納米銀線/金屬網(wǎng)格對比分析

OFweek顯示網(wǎng)訊：從觸摸屏產(chǎn)業(yè)鏈來講，玻璃基板、Petfilm、膠材是產(chǎn)業(yè)上游的主要材料，而玻璃基板、Petfilm的供應(yīng)被美日企業(yè)所壟斷。ITO玻璃、ITOfilm、sensor（包含觸控IC）、coverlens是中游部分，下游的就是觸控模組一塊。從近幾年的觸控材料研發(fā)上看，替代性材料的研發(fā)主要在上中游部分。

2013年，國內(nèi)電容屏出貨面積超過400萬平方米，其中ITO導(dǎo)電玻璃需求量超過360萬平方米，ITO PET導(dǎo)電膜需求量超過140萬平方米。從觸摸屏產(chǎn)業(yè)上游材料的成本分析，ITO材料占據(jù)40%左右。且隨著觸摸屏行業(yè)的發(fā)展，對ITO材料的需求將越來越大，作為稀有金屬的銦，不但價格隨之不斷上漲，而且將會有告罄的危險，所以在此進(jìn)行分析的烽煙四起的觸控材料，主要為替代ITO的石墨烯、Metal Mesh和納米銀。

東莞市鑫聚光電科技有限公司董事長蔡文珍表示，三種材料中，納米銀線是唯一一個具有現(xiàn)實應(yīng)用前景的。理論上，石墨烯的透光度及電阻性能都占優(yōu)勢，但是由于其制備過程工藝復(fù)雜，在設(shè)備改進(jìn)、工藝優(yōu)化等方面都預(yù)示在前期需要有巨大的投入。相信石墨烯在很長一段時間內(nèi)都不具備量產(chǎn)的條件。

金屬網(wǎng)格最主要的優(yōu)勢在于成本低且導(dǎo)電性佳，但為了達(dá)到足透的光穿透率，在線細(xì)化過程中必須拿掉95%～99%的觸控感應(yīng)面積，導(dǎo)致觸控訊號降低20～100倍，現(xiàn)今觸控IC難以支持；其二，為了讓眼睛看不到，金屬線寬必須小于5微米，使的其黃光顯影制程或精密印刷技術(shù)費用高；此外，5微米金屬線不斷裂、解決金屬反射問題、材料氧化等問題都讓金屬網(wǎng)格技術(shù)備受考驗。在解決以上難題時，成本也會隨之增加，屆時Metal Mesh是否還具備成本優(yōu)勢是廠商必須考量的問題。

相比之下，納米銀線在工藝制程上就擁有得天獨厚的優(yōu)勢：生產(chǎn)工藝簡單、良率高。由于線寬較小，銀線技術(shù)制成的導(dǎo)電薄膜相比于金屬網(wǎng)格技術(shù)制成的薄膜可以達(dá)到更高的透光率。再次，納米銀線薄膜相比于金屬網(wǎng)格薄膜具有較小的彎曲半徑，且在彎曲時電阻變化率較小，應(yīng)用在具有曲面顯示的設(shè)備，例如智能手表，手環(huán)等上的時候，更具有優(yōu)勢。銀納米線除具有銀優(yōu)良的導(dǎo)電性之外，由于納米級別的尺寸效應(yīng)，還具有優(yōu)異的透光性、耐曲撓性。此外由于銀納米線的大長徑比效應(yīng)，使其在導(dǎo)電膠、導(dǎo)熱膠等方面的應(yīng)用中也具有突出的優(yōu)勢。以鑫聚光電目前小批量生產(chǎn)的納米銀線產(chǎn)品為例，是利用研發(fā)出來的液體涂料，經(jīng)過涂布機(jī)涂在基膜上，然后經(jīng)過干燥、覆蓋保護(hù)膜，成品的生產(chǎn)就完成了。而且，鑫聚光電擁有完善的LCD用光學(xué)膜產(chǎn)品生產(chǎn)線，納米銀線的部分制程與LCD用光學(xué)膜制程相似，因此，鑫聚產(chǎn)線擁有很大的通用性，大大減少了前期對于產(chǎn)線的投入，從而降低了產(chǎn)品成本。

第四篇：評析納米銀線與金屬網(wǎng)格材料技術(shù)之優(yōu)劣

評析納米銀線與金屬網(wǎng)格材料技術(shù)之優(yōu)劣

作者： 段曉輝教授 時間：2014-05-07 源于：北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 總點擊：2756 【導(dǎo)讀】：新材料技術(shù)應(yīng)用可以從智能手機(jī)的常用面板尺寸一路延伸到20英寸以上的設(shè)備，而其阻值，延伸性，彎曲性均優(yōu)于ITO薄膜。新材料技術(shù)在短時間內(nèi)無法全面取代ITO薄膜，但新材料技術(shù)有巨大的優(yōu)勢，而且從市場反應(yīng)上來看，應(yīng)用新材料技術(shù)生產(chǎn)的薄膜產(chǎn)品所占的比重在逐年提高。

ITO，即摻錫氧化銦（Indium Tin Oxide）。它是液晶顯示器（LCD）、等離子顯示器（PDP）、電致發(fā)光顯示器（EL/OLED）、觸摸屏（Touch Panel）、太陽能電池以及其他電子儀表的透明電極最常用的薄膜材料。

未來移動終端、可穿戴設(shè)備、智能家電等產(chǎn)品，對觸摸面板的有著強(qiáng)勁需求，同時隨著觸控面板大尺寸化、低價化，以及傳統(tǒng)ITO薄膜不能用于可彎曲應(yīng)用，導(dǎo)電性及透光率等本質(zhì)問題不易克服等因素，眾面板廠商紛紛開始研究ITO的替代品，包括納米銀線、金屬網(wǎng)格、納米碳管以及石墨烯等材料。

新材料技術(shù)應(yīng)用可以從智能手機(jī)的常用面板尺寸一路延伸到20英寸以上的設(shè)備，而且其阻值，延伸性，彎曲性均優(yōu)于ITO薄膜。雖然，新材料技術(shù)在短時間內(nèi)無法全面取代ITO薄膜，但是新材料技術(shù)有著巨大的優(yōu)勢，而且從市場反應(yīng)上來看，應(yīng)用新材料技術(shù)生產(chǎn)的薄膜產(chǎn)品所占的比重在逐年提高。目前，石墨烯扔處于研發(fā)階段，距離量產(chǎn)還有很遠(yuǎn)的距離。納米碳管工業(yè)化量產(chǎn)技術(shù)尚未完善，其制成的薄膜產(chǎn)品導(dǎo)電性還不能達(dá)到普通ITO薄膜的水平。因而，從技術(shù)發(fā)展與市場應(yīng)用綜合評價，金屬網(wǎng)格與納米銀線技術(shù)將是近期新興觸控技術(shù)的兩大主角。

金屬網(wǎng)格（Metal Mesh）技術(shù)利用銀，銅等金屬材料或者氧化物等易于得到且價格低廉的原料，在PET等塑膠薄膜上壓制所形成的導(dǎo)電金屬網(wǎng)格圖案。其理論的最低電阻值可達(dá)到0.1歐姆/平方英寸，而且就有良好的電磁干擾屏蔽效果。但是受限于印刷制作的工藝水平，其所制得的觸控感測器圖樣的金屬線寬較粗，通常大于5um，這樣會導(dǎo)致在高像素下（通常大于200ppi）莫瑞干涉波紋非常明顯。莫瑞干涉指數(shù)碼產(chǎn)品顯示屏中像素，光學(xué)膜片以及觸控導(dǎo)電的金屬圖案，在水平和垂直方向上，規(guī)則對齊的像素和物體的精細(xì)規(guī)則圖案重疊式稍有偏差，則會出現(xiàn)的干擾波紋圖案。由于莫瑞干涉的存在，金屬網(wǎng)格技術(shù)制成的薄膜產(chǎn)品不適用在高分辨率智能手機(jī)，平板電腦等高分辨率的產(chǎn)品上，僅僅適用于觀測距離較遠(yuǎn)的顯示器屏幕，例如臺式一體機(jī)器，筆記本電腦，智能電視等。

如果薄膜中金屬網(wǎng)格圖樣的線寬能夠大幅度下降，則能有效的降低金屬網(wǎng)格技術(shù)中的莫瑞干涉的問題，特別是如果金屬網(wǎng)格圖樣的線寬下降到1um左右，則該技術(shù)制成的薄膜同樣可以搭載在高分辨率的智能設(shè)備上。目前韓國三星公司利用微細(xì)線寬和圖樣化（Patterning）技術(shù)，將金屬網(wǎng)格圖樣的線寬由原來的5um~6um，縮減到3um左右。然而，欲將線寬大幅縮減并非易事，傳統(tǒng)的壓制印刷工藝無法滿足要求，需要采用黃光制程工藝，制作成本會大幅增加，而且會浪費原材料；過細(xì)的金屬線寬易在外力擠壓時斷裂；網(wǎng)格的阻值升高，對下游的控制IC芯片提出更高的靈敏度要求。因此，目前金屬網(wǎng)格技術(shù)如何在降低成本的同時，滿足多場景的下游應(yīng)用是一個難點，還需整個產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)一步發(fā)展完善才行。

納米銀線（SNW，silvernano wire）技術(shù)，是將納米銀線墨水材料涂抹在塑膠或者玻璃基板上，然后利用鐳射光刻技術(shù)，刻畫制成具有納米級別銀線導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)圖案的透明的導(dǎo)電薄膜。由于其特殊的制成物理機(jī)制，納米銀線的線寬的直徑非常小，約為50nm，遠(yuǎn)小于1um，因而不存在莫瑞干涉的問題，可以應(yīng)用在各種尺寸的顯示屏幕上。另外，由于線寬較小，銀線技術(shù)制成的導(dǎo)電薄膜相比于金屬網(wǎng)格技術(shù)制成的薄膜可以達(dá)到更高的透光率，例如3M公司采用微印壓法制成的薄膜產(chǎn)品可以達(dá)到89%透光率。再次，納米銀線薄膜相比于金屬網(wǎng)格薄膜具有較小的彎曲半徑，且在彎曲時電阻變化率較小，應(yīng)用在具有曲面顯示的設(shè)備，例如智能手表，手環(huán)等上的時候，更具有優(yōu)勢。

在薄膜上，金屬網(wǎng)格中可以反射可見光的金屬線總體面積不大；而納米銀線并非是網(wǎng)格狀而是呈現(xiàn)不規(guī)則的分布，沾滿整個玻璃基板表面。相比較而言，納米銀線薄膜會有更嚴(yán)重的漫反射，既霧度（Haze）問題。屏幕的霧度問題會導(dǎo)致在室外場景光線照射的情況下，屏幕反射光強(qiáng)烈，嚴(yán)重的時候會使得用戶看不清屏幕。但是可以采用一些技術(shù)手段降低光漫射，解決霧度問題。例如日產(chǎn)化工公司開發(fā)出了在納米銀線薄膜上涂布可降低霧度的高折射率材料，有效將霧度值降低。另外，黑化納米銀線表面、減少反光強(qiáng)度、粗糙化納米銀線的表面等技術(shù)，也可以有效改善霧度的問題。

金屬網(wǎng)格技術(shù)因為采用普通的銀，銅等金屬材料或者氧化物等作為原始材料采用傳統(tǒng)的印壓法制作薄膜面板，其原材料和制作成本都很低，但是這樣的產(chǎn)品卻有不可克服的莫瑞干涉問題，應(yīng)用受到限制。如果要降低金屬網(wǎng)格中金屬的線寬，需要更改制成工藝，成本會隨之增加，而且會有易斷線等問題。相比較金屬網(wǎng)格技術(shù)，納米銀線技術(shù)采用的是成型的納米銀線墨水材料，這些納米銀線供應(yīng)材料掌握在少數(shù)例如Cambrios Technologies公司手上，原材料的成本較高一些，但是制成工藝簡單，采用印刷制程快速生產(chǎn)大面積的觸控面板，整體的成本并不高，隨著大規(guī)模的生產(chǎn)，成本會進(jìn)一步的降低。

因此，綜合比較，納米銀線技術(shù)比金屬網(wǎng)格技術(shù)更有優(yōu)勢。就目前市場而言，也已經(jīng)分化出兩大技術(shù)陣營。其中納米銀線陣營中，臺灣面板供應(yīng)商TPK公司是主打納米銀線技術(shù)的廠商，并且結(jié)合上游的納米銀線材料供應(yīng)商Cambrios Technologies公司，以及生產(chǎn)工藝公司日本寫真成立一家子公司，專注于拓展納米銀線技術(shù)的研發(fā)，應(yīng)用和制造。TPK公司預(yù)計在2014第二季度實現(xiàn)納米銀線薄膜的量產(chǎn)出貨。

金屬網(wǎng)格技術(shù)陣營則加入的公司較多，例如蘇大維格和歐菲光，韓國三星等都由參與研發(fā)和制造。但是相比較于金屬網(wǎng)格陣營，納米銀線陣營的各個公司都在也內(nèi)屬于龍頭企業(yè)，業(yè)務(wù)專業(yè)能力強(qiáng)，上中下游產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)合緊密。

此外，據(jù)媒體報道，蘋果（Apple）公司吸引大家關(guān)注的明星產(chǎn)品iWatch將采用TPK公司的納米銀線薄膜技術(shù)，證明了納米銀線產(chǎn)品確實具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)鏈的穩(wěn)定性。

第五篇：金屬納米顆粒論文：金屬納米顆粒的性質(zhì)研究及其應(yīng)用

金屬納米顆粒論文：金屬納米顆粒的性質(zhì)研究及其應(yīng)用

【中文摘要】納米材料的合成和應(yīng)用證明了其在物理、化學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域的巨大發(fā)展?jié)摿?尤其是納米材料所具有表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng),使其產(chǎn)生了獨特的光學(xué)、電學(xué)、化學(xué)性質(zhì)以及催化性質(zhì)。金屬納米顆粒的性質(zhì)在近十幾年受到了廣泛關(guān)注。納米尺度的金屬納米材料具備許多塊體材料沒有的優(yōu)越性質(zhì),其中,金屬納米顆粒所具備的獨特光學(xué)性質(zhì)——表面等離子體共振性質(zhì)已經(jīng)成為研究熱點之一。金屬納米顆粒中的表面等離子體共振是描述其導(dǎo)帶電子在電磁場作用下集體振蕩的一個物理概念,共振性質(zhì)受尺寸、形狀以及周圍介質(zhì)影響非常顯著。對納米顆粒尺寸及其形貌的有效控制一直都是大家關(guān)注的。近幾年來,隨金、銀金屬納米顆粒表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)、熒光效應(yīng)的廣泛應(yīng)用,金屬納米顆粒已經(jīng)廣泛應(yīng)用于催化、光催化、信息存儲、表面增強(qiáng)拉曼、太陽能電池、生物傳感器、化學(xué)傳感器、非線性光學(xué)、光電子學(xué)等領(lǐng)域。本論文的工作主要致力于金、銀納米顆粒的合成、性質(zhì)及應(yīng)用：通過油相中無機(jī)金屬鹽的熱分解,合成不同粒徑的銀納米顆粒；在水相中利用檸檬酸鹽

【英文摘要】The synthesis and applications of metal nanomaterials suggests their great potential foreground in the physical science, chemical science and materials science, especially for unique properties, such as surface effect，volume effect, quantum size effect and macroscopic quantum tunneling effect.These properties render new applications in optics, electrics, chemists and catalyzers.The properties of noble metal nanomaterials attract much attention in recent years.Metal materials in nano-scale have predominant characters which bulk metal lacks of.In particular, metal nanomaterials have excellent optical properties due to the surface plasmon resonance(SPR).SPR is a physical concept of describing the collective oscillations of conduction band electrons in the electromagnetic field, which is influenced significantly by size, shape and surrounding medium.Size and shape of nanoparticles has been the effective control of all concerned.In recent years, with a wide range use of surface-enhanced Raman scattering, fluorescence effect of gold and silver nanoparticles, metal nanoparticles have been widely used in catalysis, photocatalysis, information storage, surface-enhanced Raman, solar cells, bio-sensors, chemical sensors, nonlinear optics, optoelectronics and other fields.This thesis focus emphasis on the synthesis, properties and applications of gold and silver nanoparaticls:the thermal decomposition of inorganic salts in oil phase for synthesis of silver nanoparticles, resulting in different size;using of

citrate reduction of HAuC14 in the aqueous phase for synthesis of gold nanoparticles.With changing different protective agent(oil amine, carboxylic acides of different chain length), the size and solubility of the metal nanoparticles change.Besides, the means of transmission electron microscopy(TEM), high resolution transmission electron microscopy(HR-TEM), scanning electron microscopy(SEM), X-ray powder diffraction(XRD), UV-visible absorption spectroscopy(UV-Vis)were used to characterized the metal nanoparticle’s phase, size, morphology and optical properties;through different sulfhydryl groups replacing the surface protective agent, we studied the size and surface protective agents dependence of SPR effects.Furthermore, we use spin-coating after photolithography electrodes, to study the electronic properties of metal nanoparticles, and to explore the possible applications in semiconductor devices;when the size of metal nanoparticles drastically reduced, its boiling point sharply decline.After the sintering of the nanoparticles, they can be applied as the electrods of organic semiconductor devices.This paper illustrated the use of silver nanoparticles to serve as electrodes, and explored the role of sintering temperature and sintering time.Finally, we studied the interaction between the

absorption spectra of metal nanoparticles, semiconductors and dyes, exploring their prospects for the applications in solar cells.This thesis mainly focused on the use of chemical liquid phase synthesis methods, combining the structure, performance and applications together, expecting offering help in the preparation of fuctional devices and dye-sensitized thin film solar cells.【關(guān)鍵詞】金屬納米顆粒 表面等離子體共振吸收 噴墨打印銀電極 太陽能電池

【英文關(guān)鍵詞】metal nanoparticles surface enhanced plasmon resonance silver inkjet printing electrodes solar cell 【目錄】金屬納米顆粒的性質(zhì)研究及其應(yīng)用8-10ABSTRACT10-11

摘要

第一章 1.2 金

符號說明12-13引言13-19屬納米顆粒的應(yīng)用15-1719-46

1.1 課題研究的背景和意義13-1414-15

1.3 本論文工作及內(nèi)容安排參考文獻(xiàn)17-19第二章 金屬納米顆粒研究現(xiàn)狀

19-21

2.2 金屬納米2.2.2 光性質(zhì)參考文獻(xiàn)2.1 金屬納米顆粒的制備顆粒的性質(zhì)21-3733-3739-4646-67

2.2.1 電性質(zhì)21-33

37-392.3 金屬納米顆粒的表征第三章 金屬納米顆粒的制備及性質(zhì)研究3.1 引言部分46

3.2 羧酸保護(hù)銀納米顆粒合成46-5747-483.2.1 實驗部分46-473.2.3 結(jié)果與討論48-57

3.3.1 實驗部分

3.2.2 樣品表征3.3 油胺保護(hù)銀納米57-58

3.3.2 樣品顆粒的合成57-61表征58析58-593.3.3 結(jié)果與討論58-613.3.3.1 樣品形貌分

3.4 金納3.4.2 金3.5 總結(jié)3.3.3.2 掃描電鏡形貌表征59-61

3.4.1 實驗部分61-623.4.3 結(jié)果與分析62米顆粒的合成61-62納米顆粒的表征6262-6467-77參考文獻(xiàn)64-674.1 引言部分67-68

第四章 金屬納米顆粒的應(yīng)用

4.2 金屬納米顆粒SPR對

4.2.2 結(jié)果與4.3.1 實光陽極的增強(qiáng)68-70討論68-70驗部分7172-7479-80

4.2.1 實驗部分68

4.3 噴墨打印銀電極研究70-724.3.2 結(jié)果與討論71-72參考文獻(xiàn)74-77

4.4 總結(jié)

致謝學(xué)位論

第五章 結(jié)論77-79附錄: 攻讀碩士期間完成的論文80-90

文評閱及答辯情況表