アスペクト比が異なり、高性能で柔軟な透明電極として使用される銀ナノワイヤーの容易な合成

背景

フレキシブル透明電極（FTE）は、次世代のフレキシブルエレクトロニクスで重要な役割を果たします[1,2,3,4]。 FTEは、タッチスクリーン[5、6]、ポータブル太陽電池[7、8]、有機発光ダイオード（OLED）[9、10、11]、燃料セル電極[9、10、11]などの導電性コンポーネントとして多くのオプトエレクトロニクスデバイスに適用できます。 12,13,14,15,16,17]、センサー[18、19]、PMフィルター[20]、透明ヒーター[21、22]、およびウェアラブル電子機器[23、24]。現在使用されている主な透明電極（TE）は、シート抵抗が低く（<100Ω/ sq）、透過率が高い（> 80％）ため、酸化インジウムスズ（ITO）です。しかし、その固有の脆性は、フレキシブルエレクトロニクスのアプリケーションを制限します。さらに、それは高温堆積プロセスを必要とし、インジウムの不足によって挑戦されます[25、26、27]。したがって、金属グリッド[2、28、29]、カーボンナノチューブ（CNT）[30、31、32、33]、グラフェン[34、35、36]、Agなど、柔軟性と光学的透明性に優れたいくつかの新しい導電性フィルムNW [5、37、38、39、40、41]、Cu NW [42、43]、導電性ポリマー[44、45]、およびこれらのハイブリッド[46、47、48]が製造され、置き換えに努めています。 ITO。これらの候補の中で、Ag NWsフィルムは、優れた導電性と高い光透過性により、科学機関と産業機関の両方で広く研究されてきました。さらに、Ag NWは卓越した柔軟性と伸縮性を示します。これは、壊れやすいITOよりも伸縮性のある透明導体を製造するための魅力的な利点の1つです[49,50,51]。さらに、溶液処理されたAg NWsフィルムは、ITOよりも費用効果が高いです。これらすべての特性により、Ag NWsフィルムは、フレキシブルエレクトロニクスのアプリケーション向けのITOの有望な代替品になります。

ただし、Ag NWフィルムをFTEとして商品化するには、いくつかの問題に対処する必要があります。まず、AgNWフィルムの魅力的な特性はAgNWの寸法に大きく依存し、適切に設計された長さと直径はさまざまなアプリケーションにとって非常に重要であるため、さまざまなアスペクト比のAgNWを制御された方法で簡単に合成する必要があります[52、 53]。一般に、ポリオールプロセスは、AgNWを調製するために最も広く使用されている方法です。蘭ら。 [54]キャッピング剤として平均分子量58,000と1,300,000の混合PVPを使用して、アスペクト比が1000を超える薄いAgNWを合成しました。ただし、Ag NTEのオプトエレクトロニクス性能に対するアスペクト比の影響は、彼らの研究では注意深く調査されていませんでした。 Ding etal。 [55] 40〜110nmのさまざまな直径のAgNWを準備し、透過率87％、シート抵抗約70Ω/ sqのAgNTEを製造しました。Agの直径を制御するには、多くのパラメータを同時に調整する必要があります。 NWと、得られたままのAgNTEのオプトエレクトロニクス性能は満足のいくものではありません。 Li etal。 [56]臭化物の濃度を変更することにより、直径20nmの薄いAgNWを合成しました。また、130.0Ω/ sqで99.1％の透過率を持つ高品質のAgNWフィルムを製造しました。 Ko etal。 [57]は、数百マイクロメートルを超える非常に長いAg NWを合成するための多段階成長法を開発し、製造されたフィルムは、19Ω/ sqのシート抵抗で90％の優れた透過率を示しました。これらのAgNWフィルムのオプトエレクトロニクス性能は、ITOフィルムのオプトエレクトロニクス性能に匹敵するか、それよりも優れています。しかし、シート抵抗と透過率の点で市販のITOに匹敵するTEを製造する能力を持つAgNWの最小アスペクト比はまだ不明です。したがって、さまざまなアスペクト比のAg NWを合成し、AgNWフィルムのオプトエレクトロニクス性能への影響を調べる必要があります。

さらに、Ag NWs膜の電子伝導性は比較的低く、ナノワイヤの接合抵抗が高いためです[58]。 Ag NWのポリオール合成では、界面活性剤としてのPVPがAg NWの表面に吸着し、ランダムネットワーク内のワイヤ間の接触が絶縁されます[59、60]。その結果、熱アニーリング[38、39、61、62]、機械プレス[63]、導電性ポリマーによるナノはんだ付け[64]、プラズモニック溶接[65]、レーザーナノ溶接[66,67、 68]、および他の材料との統合[60]は、接合抵抗を減らすために検討されてきました。これらの後処理の中で、通常、ほぼ200°Cでの熱アニーリングが使用されます。高温に耐えられない柔軟なプラスチック基板とは互換性がないため、柔軟なオプトエレクトロニクスデバイスでのAgNWフィルムの用途が制限されます。

ここでは、アスペクト比が約1〜2の一連のAgNWがあります。 30から約1000は制御可能に合成され、高導電性で透明なAgNTEの製造に使用されます。まず、Ag NWは、平均分子量の異なるPVPの混合物が効率的に直径を小さくできる、簡単なPVPを介したポリオールプロセスによって調製されます。続いて、異なるアスペクト比を有する合成されたままのＡｇ ＮＷが、それぞれ、高温アニーリングなしでＡｇ ＮＷフィルムを製造するために使用される。そして、対応するオプトエレクトロニクス性能が比較調査されます。アスペクト比がほぼ1000に達すると、最高のシート抵抗と平行透過率は11.4Ω/ sqと91.6％を達成できます。さらに、製造されたままのAg NWフィルムのシート抵抗は、内側曲げと外側曲げのテスト後もほぼ一定です。

メソッド

材料と化学物質

硝酸銀（AgNO ₃ 、AR）および無水エタノール（C ₂ H ₅ OH、AR）はSinopharm Chemical Reagent Co.、Ltdから購入しました。塩化銅（II）二水和物（CuCl ₂ ・2H ₂ O、AR）とPVP（MW≈58,000、PVP-58とマーク）はShanghai Aladdin Reagents Co.、Ltdから購入しました。エチレングリコール（EG、98％）とPVP（MW≈10,000、40,000、360,000、PVPとマーク） -10、PVP-40、およびPVP-360）は、Sigma-Aldrichから購入しました。実験全体で脱イオン水（18.2MΩ）を使用しました。

AgNWの合成

アスペクト比の異なるAgNWは、簡単なワンポットPVPを介したポリオールプロセスによって調製されます。通常、0.170gのAgNO ₃ マグネチックスターラーで10mLのEGに溶解します。次に、0.15MのPVP-40と0.111mMのCuCl ₂ ・2H ₂ O混合溶液10mLのEGを、上記の溶液に滴下します。その後、混合物を容量50 mLのテフロンで裏打ちされたステンレス鋼オートクレーブに移し、160°Cで3時間加熱します。自然に室温まで冷却した後、2500 rpmの速度で5分間遠心分離し、エタノールと脱イオン水で3回洗浄することにより、純粋なAgNWを取得します。最後に、製品は、さらなる特性評価と適用のためにエタノールに分散されます。さらに、PVPの濃度と平均分子量は、製品の形態とサイズを制御するために非常に重要です。したがって、異なるタイプのPVP分子を同時に使用して、ポリオールプロセスでAgNWの直径を調整します。詳細な実験パラメータは、追加ファイル1：表S1にリストされており、それぞれS1〜S13として指定されています。

AgNTEの製造

厚さ150μmのポリエチレンテレフタレート（PET）を、20×20mmの寸法に切断します。簡単に説明すると、調製したままのAg NWをエタノール（6 mg / mL）に分散させ、50μLのAgNW溶液を2000rpmで30秒間PET基板上にスピンコートします。最後に、Ag NWsフィルムは、追加の後処理処理なしで15分間140°Cに加熱されます。高品質のNTEを製造するために、Ag NWのアスペクト比、回転速度、濃度、およびAgNW溶液の体積が調査されます。繰り返しスピンコーティングに関しては、Ag NWs溶液の各容量を25μLに変更し、回転速度を2000rpmに設定します。エタノールを揮発させるには、各スピンコーティングに時間間隔が必要です。その他のパラメータは、前述のプロセスと同じです。

特性評価とパフォーマンステスト

走査型電子顕微鏡（SEM）画像は、冷電界放出SEM（Hitachi S-4800）を使用して記録されます。透過型電子顕微鏡（TEM）および高分解能TEM（HRTEM）画像は、JEOLJEM-2100Fを使用して取得されます。 AgNWsのUV-vis吸収スペクトルとAgNWsフィルムの光透過率スペクトルは、島津UV-3600分光光度計で実行されます。シート抵抗は、4点プローブ抵抗テスター（FP-001）を使用して室温で測定されます。

結果と考察

一般に、Ag NWは、一次元Ag NWの成長を確実にするためにキャッピング剤としてPVPが使用されるポリオールプロセスによって合成されます[69、70]。合成中、反応温度、攪拌速度、PVP濃度、PVP鎖長、添加剤、化学物質の比率などの多くのパラメーターが、合成されたAgNWの収率と形態に影響を与える可能性があります。たとえば、110°C未満または180°Cを超える不適切な反応温度では、より多くのAg原子がAg NWではなくAgナノ粒子（NP）を形成する可能性があります[70、71]。合成されたAgNWの長さは、攪拌速度を遅くすると長くなります[72、73]。この論文では、主にPVPの濃度と、AgNWの形態とサイズの影響に対するそれらの平均分子量を調査します。 Ag NWの対応する形態とサイズ分布は、図1と追加ファイル1：図S1に示されています。まず、PVPの濃度を0.05 M（サンプルS1、追加ファイル1：図S1a）から0.15 M（サンプルS2、図1a）に増やします。製品の対応する形態は、ほぼ球形のAgNPから平均直径104.4nm、長さ12.3μmの純粋なAgNWに変更されます。 PVPの濃度を0.25Mに上げると、AgNWとAgNPの混合が観察されます（サンプルS3、追加ファイル1：図S1b）。 PVPの濃度をさらに0.55Mに上げると（サンプルS4、追加ファイル1：図S1c）、さまざまな形状（近球と三角形のプレートを含む）の多数のAgNPが形成されます。結果は、低濃度または高濃度のPVPは、純粋なAg NWを生成するのに有益ではなく、さらにAgNWが存在しないことを示しています。 PVPの濃度を変更したときの生成物中のAgNPの形成は、多重双晶ナノ粒子（MTP）の表面全体にわたる異方性成長の失敗に起因する可能性があります[69、74]。

a 、 b それぞれPVP-40およびPVP-360を使用して合成されたままのAgNWのSEM画像。 PVPの濃度は両方とも0.15Mです。 a ′ b ′直径と長さの対応する統計的分布。 （挿入物 a で および b 高倍率の対応するSEM画像とすべてのスケールバーです。 500 nm）

さらに、AgNWの形態とサイズに対する異なる分子量のPVPの影響についても説明します。 PVP-10を使用すると、Ag NPと凝集ナノロッドのみが生成されます（サンプルS5、追加ファイル1：図S1d）。 PVP-58（サンプルS6、追加ファイル1：図S1e）とPVP-360（サンプルS7、図1b）を別々に使用する場合、対応する製品の形態とサイズは、ずんぐりしたAg NW（平均直径235 nm）から変更されます。長さ6.7μm）から高アスペクト比のAg NW（平均直径132.1 nm、長さ69.9μm）。上記のサンプルS2、S5、S6、およびS7の結果によると、PVPの平均分子量は、Ag NWの形態形成に重要な役割を果たすだけでなく、AgNW製品の直径と長さにも大きな影響を及ぼします。 。 Ag NWの形態とサイズに対する平均分子量の異なるPVPの影響は、次の3つの要因に起因する可能性があります。（i）キャッピング剤がMTPの側面に吸着することを好むPVP [69]。強力な化学吸収は、長いAgNWの成長を促進します[75]。 （ii）PVPキャッピング層の立体効果により、隣接するPVP分子間のギャップを介して銀原子が側面に堆積し、さらに厚いAgNWが形成されます[54]。 （iii）EG溶液中の平均分子量が高いPVPの粘度が高いと、成長速度が遅くなり、MTPを形成するのに役立ちます[76、77]。結果として、ＰＶＰ－１０のように、ＰＶＰの低い平均分子量は、（１００）結晶面に効率的に吸着して、横方向の成長を制限しないであろう。一方、小さな立体効果と低粘度は、銀ナノ構造の凝集を防ぐことはできません。 PVP-360のような高分子量のPVPは、側面に強い化学吸着を持ち、長いAgNWを生成します。しかし、PVP-360の大きな立体効果は、直径の増加につながります。

Ag NWの高アスペクト比を得るには、吸着強度と立体効果をPVPを介したシステムのバランスの取れた状態にする必要があります。したがって、異なるモル比の混合PVP分子がキャッピング剤として使用され、Ag NWの対応する形態とサイズ分布が図2および追加ファイル1：図S2に示されています。 PVP-58とPVP-40をモル比1：1で混合すると、平均直径47.5 nm、長さ16.1μmのAgNWが得られます。 PVP-40とPVP-58のモル比を1：2または2：1に調整しながら、AgNWの直径を大きくします。さらに、PVP-40とPVP-360を混合すると、直径が大幅に減少するため、AgNWのアスペクト比が劇的に拡大します。 PVP-40とPVP-360のモル比が1：1の場合、図2eに示すように、アスペクト比はほぼ1000に達し、直径はより均一に分布します。

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さまざまな混合PVP分子を使用して合成されたAgNWのSEM画像。 a PVP-40：PVP-58 =2：1、 b PVP-40：PVP-58 =1：1、 c PVP-40：PVP-58 =1：2、 d PVP-40：PVP-360 =2：1、 e PVP-40：PVP-360 =1：1、 f PVP-40：PVP-360 =1：2、それぞれ。 PVPの総濃度はすべて0.15Mで、さまざまなPVP分子がモル比で混合されています。 （挿入物 a で – f 高倍率の対応するSEM画像と、すべてのスケールバー 500 nm）

Ag NWの直径に対する異なる鎖長の混合PVPの影響は、スキーム1aで簡単に解釈できます。長鎖PVP分子は、（100）ファセットへの強い吸着により、AgNWの横方向の成長を遅らせることができます。長鎖に起因する大きな立体効果は、隣接するPVP分子間に比較的大きな距離をもたらします。 Ag原子は、隣接するPVP分子間のギャップを介した拡散によって、Ag NWの表面に堆積する可能性があり、厚いAgNWが生成されます。チェーンの長さが異なる混合PVPを使用する場合、短鎖PVPは長鎖PVP間のギャップを埋めることができます。したがって、（100）ファセットをより効率的に不動態化することができ、より小さなAgシードとより薄いAgNWの形成につながります[76]。スキーム1bに示すように、私たちの研究では、典型的なアスペクト比のAgNWが得られます。この実験ルートを通じて、より高いアスペクト比のAgNWが生成される可能性があると推測できます。

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a 異なる鎖長の混合PVPを使用したAgNWの成長メカニズムの概略図。 b さまざまなアスペクト比のAgNWが、PVPを介したポリオールプロセスによって得られます

Ag NWの微細構造と形態は、TEMによって特徴付けられ、図3a、bに示されています。単一のナノワイヤは、約1mmの厚さの薄いPVP層でコーティングされています。 2nm。図3cは、良好な結晶構造を持つAgNWのHRTEM画像を示しています。 HRTEM画像は、周期的なフリンジ間のスペースが0.235nmと0.202nmであることを明確に示しています。これは、面心立方（fcc）Agの（111）面と（200）面の結晶面スペースとよく一致しています。一方、Ag NWは、白い矢印で示されているように[110]方向に沿って成長し、以前のレポート[70、76]の結果と同様です。

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TEM（ a 、 b ）およびHRTEM（ c ）PVP-40とPVP-360を混合して合成されたAg NWの画像（モル比1：1）

図4に示すように、調製したままのAg NWのUV-可視吸収スペクトルは、準球形のAgNPのスペクトルとは異なります。 Ag NWのスペクトルは、2つの特徴的なピークを示します。 350 nm付近にあるショルダーピークは、バルク銀フィルムのプラズモン共鳴に起因する可能性があります[70、78]。 2番目のピークは、Ag NWの横方向プラズモンモードに起因する可能性があり、ピーク位置は銀ナノ構造の寸法に関連しています[79]。縦方向のプラズモン共鳴に起因する570nm付近のピークは、調製されたままのAg NWのアスペクト比が5をはるかに超えるため、スペクトルには存在しません[70、80]。さらに、緑色の破線で示されているように、2番目のピークは直径の増加とともに赤色にシフトしています。ただし、AgNWの直径が大きくなると明らかなピークがないことは注目に値します。サンプルS6（平均直径235 nm）およびS10（平均直径222.8 nm）のAg NWの場合、吸収強度の最大値は、それぞれ408.5nmと406.5nmの波長にあります。これらは、サンプルS7の直径が小さいAg NWのピーク波長（平均直径132.1 nm、ピーク波長は412 nm）よりも小さく、直径が大きい右ピーク波長の赤方偏移傾向の分離を示しています。

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異なる直径の調製されたままのAgNWのUV-可視吸収スペクトル

高品質のAgNWフィルムを製造するには、スピンコーティングプロセスを最適化する必要があります。図5aに示すように、PETの表面に付着するAg NWの数が減少し、導電率が低下するため、回転速度の増加に伴ってシート抵抗が増加することが観察されます。さらに、8 mg / mLのAgNW溶液を使用すると、シート抵抗が19.6Ω/ sqに大幅に低下することは注目に値します。また、6 mg / mLを使用した場合と比較して約5分の1に減少します。これは、Ag NWネットワークでより効率的な導電性パーコレーションルートが形成されたためと考えられますが、濃度が8 mg /に増加すると、AgNWの巨視的な凝集体が現れます。 mL。次に、繰り返しスピンコーティングプロセスが実行されます。図5bに示すように、スピンコーティングの時間が長くなると、透過率とシート抵抗の両方が減少します。さらに重要なことに、Ag NWs溶液の量を50から75μLに追加すると、シート抵抗は98.46から11.87Ω/ sqに劇的に減少します。体積がさらに100μLに増加すると、シート抵抗は10.42Ω/ sqに減少し、透過率は80.95％になります。これは、体積が75μLに追加されると、ナノ構造の透明導電性ネットワーク内のナノワイヤの密度が、パーコレーション動作からバルク動作への遷移が発生する転換点に達する可能性があることを示しています[81]。さらに、NTEの性能を評価するために、透過率とシート抵抗を相関させる性能指数（FOM）が計算されます。一般的に、透過率（ T _λ ）およびシート抵抗（ R _s ）金属薄膜の場合、次の式を満たします。 （1）：

$$ {T} _ {\ lambda} ={\ left（1+ \ frac {188.5} {R _ {\ mathrm {S}}} \ frac {\ sigma _ {\ mathrm {op}} \ left（\ lambda \ right）} {\ sigma_ {DC}} \ right）} ^ {-2} $$（1）

a 異なる濃度のAgNWでのAgNWフィルムのシート抵抗とスピンコーティング速度の関係。 b 異なる量のAgNWソリューションによって製造されたAgNTEのオプトエレクトロニクス性能の比較。 AgNWs溶液の濃度は6mg / mLで、各スピンコーティングの量は25μLです。 挿入図 は、AgNWsフィルムのFOM値とAgNWs溶液の体積の関係です。 c – f さまざまな量のAgNWsソリューションによって製造されたAgNWsフィルムのSEM画像 c 25μL、 d 50μL、 e 75μL、 f それぞれ100μL。すべてのスケールバー 5μmです

σ _op （λ） は光伝導率であり、σ _DC はフィルムの直流導電率です[37]。 σの値 _{DC /} σ _op （λ） FOMとして採用されています。また、FOMの値が高いほど、オプトエレクトロニクスのパフォーマンスが向上します。図5bの挿入図は、さまざまな量のAgNWソリューションによって製造されたNTEのFOM値を示しています。ボリュームを75μLに追加すると、Ag NWのFOM値が最も高くなり、23.3から162.6に劇的に増加します。これは、3回のスピンコーティングを行うことで、シート抵抗の低さと透過率の高さのバランスが取れていることを示しています。さらに、図5c–fは、それぞれ25、50、75、および100μlのAg NWs溶液の体積に対応する、さまざまな密度のPET上のAgNWsフィルムのSEM画像を示しています。画像から、Ag NWsソリューションの量が増えるにつれて、Ag NWsネットワークがますます密になり、AgNWsの分布がより均一になることが明らかです。したがって、繰り返しのスピンコーティングプロセスを利用して、さまざまな用途向けにさまざまな透過率とシート抵抗を備えた均一なAgナノワイヤフィルムを製造できます。

NTEでのアプリケーションの場合、ナノワイヤ接合はランダムAgNWネットワークの導電率に大きな影響を及ぼします[58]。ポリオールプロセスでは、合成されたままのAg NWが残留絶縁PVP層を保持するため、接合部での抵抗が高くなり、導電率が低下します。 Lee etal。 [59]は、溶媒洗浄を繰り返すことで、PVP層を約1〜2倍に減らすことができると報告しています。 4 nm〜0.5 nmで、重なり合うAgNWの室温溶接が可能です。同様に、合成したままのAg NWをエチルアルコールで3回洗浄して、PVP層を可能な限り除去しました。上記の結果が図3aに示されているように、厚さ2nmの薄いPVP層が残っています。接合抵抗を効率的に低減するだけでなく、溶媒中のAgNWの良好な分散を保証します。一方、2次元の幅のないスティックの場合、臨界数密度（ N _c ）パーコレーションネットワークを作成するためのスティックの数は、式（1）で与えられます。 （2）：

$$ {N} _c \ times {L} ^ 2 =5.71 $$（2）

L はナノワイヤの長さです[52]。この式は、パーコレーションネットワークに必要なAg NWの数密度が、長さの2乗に反比例することを意味します。したがって、長いナノワイヤは、数密度が低く、まばらで効果的なパーコレーションネットワークを構築する傾向があります。光の透過率を高めるだけでなく、ナノワイヤの接合部が少ない長いパーコレーションルートを構築することで導電率を向上させることができます。

図6aは、さまざまなアスペクト比のAgNWによって製造されたNTEのオプトエレクトロニクス性能の比較を示しています。サンプルS2とS9の場合、平行透過率の拡大は、直径が104.4nmから47.5nmに減少したことに起因する可能性があります。これは、直径が小さいナノワイヤは散乱光が少なくなり、ヘイズがさらに減少するためです。アスペクト比が500を超えると（サンプルS7）、平行透過率81.8％（87.2％）、シート抵抗7.4Ω/ sq（58.4Ω/ sq）のAgNWsフィルムが得られます。オプトエレクトロニクス性能は、市販のITOフィルム（85％、55Ω/ sq）と同等です[5]。さらに、アスペクト比がほぼ1000に達すると（サンプルS12）、Ag NWsフィルムはITOフィルムよりも優れた透過率（91.6〜95.0％）と電子伝導率（11.4〜51.1Ω / sq）を示します。それらは、太陽電池またはタッチスクリーンのアプリケーションにおけるTEの性能要件を十分に満たしています。さらに、図6bに示すように、最大​​のFOM値は387を達成し、さまざまなTEの他の多くの報告値よりも高くなっています[62、73]。優れた性能は、長くて薄いAgNWに起因する可能性があります。さらに、アスペクト比が339（サンプルS9）から529（サンプルS7）に拡大すると、FOM値が89から224に劇的に増加することは注目に値します。主な理由は、おそらく、サンプルS7からのより長いAg NWが、より少ない数のナノワイヤでより効果的なパーコレーションネットワークを形成し、AgNWネットワークを介したより多くの光透過につながることです。これは、直径20nm未満の薄いAgNWが正常に合成されない場合に、長いAg NW戦略が、有望なオプトエレクトロニクス性能を備えたNTEを取得するための簡単で効果的な方法であることを示しています[52、67]。図6cは、サンプルS12から製造されたAgNWsフィルムの光透過率スペクトルを示しています。スペクトルは、可視光から近赤外波長までの広い平坦な領域を示しており、光の利用範囲を改善でき、ディスプレイや太陽電池の用途に有利です。一方、ITOフィルムの透過率は、可視光の領域全体で劇的な変動を示します[7 ]。

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a アスペクト比（AR）が異なるAgNWによって製造されたNTEのオプトエレクトロニクス性能の比較。 b AgNWフィルムの最高のFOM値とAgNWのAR。 c サンプルS12から製造されたAgNWsフィルムの光透過率スペクトル。 d 浸透性性能指数（П ）、導電率指数（ n ）に対してプロット ）。 実線 透過率（ T ）の特定の組み合わせでプロットされます ）およびシート抵抗（ R _s ）、式から計算されます。 （3）。グラフェン、SWNT、Cu NW、Ag NWのプロットされたデータは、最近公開されたレポートからのものです[37、67、81]。 星のシンボル この作業のサンプルS12を使用して製造されたAgNWフィルムの結果を表します

Ag NWネットワークのオプトエレクトロニクス性能をさらに評価するために、浸透性FOM П 、式で提案されました。 （3）De etal。 [81]：

$$ T ={\ left [1+ \ frac {1} {\ varPi} {\ left（\ frac {Z_0} {R _ {\ mathrm {S}}} \ right）} ^ {\ frac {1} { n + 1}} \ right]} ^ {-2} $$（3）

Z ₀ は自由空間のインピーダンス（377Ω）です。 T および R _s それぞれ、AgNWsフィルムの透過率とシート抵抗を表します。 Пの値が高い シート抵抗が低く、透過率が高いことを意味します。浸透性FOM（П ）および導電率指数（ n ）この作業では、式（1）を使用して89.8と1.50と計算されます。 （3）、それぞれ。浸透性FOM値は、さまざまなTEの他の報告値よりも高くなっています（図6dに示されています）。これは、2つの理由に起因する可能性があります。薄いPVP層（約2 nm）は、ナノワイヤの接合抵抗を効果的に低減できます。一方、長いAg NW（約71.0μm）は、パーコレーションネットワーク内で長い導電性ルートを形成するため、接合部の数が減少します。興味深いことに、 n の値 は、ナノワイヤ接合抵抗の分布の存在に関連している非普遍的な指数です[82,83,84]。 Lee etal。 [67]は、レーザーナノ溶接プロセスを使用して、ナノワイヤーの接合抵抗と n の値を低減しました。 1.57と計算されます。その価値は私たちの仕事の価値に近いものです。さらに、薄いPVP層と長いAg NWが、AgNWネットワークの低温溶接を可能にするのに効率的であることを示唆しています。

図7aは、PET上の均一なAgNWsフィルムの光学写真を示しています。背景の学校のバッジがフィルムを通してはっきりと見えるので、フィルムは非常に透明です。図7b、追加ファイル1：図S3および追加ファイル2：ビデオS1は、低電圧を印加すると、PET上のAgNWフィルムがLED電球をオンにすることを示しています。 It indicates that the whole surface of Ag NWs film is highly conductive. In addition, The Ag NW film is very flexible as shown in Fig. 7c.

a Optical image of as-fabricated Ag NWs films on PET. b Ag NWs film is connected in an electric circuit in which an LED is lit. c Optical image of the flexible Ag NWs film

The video of Ag NWs flexible transparent electrodes. (AVI 9706 kb)

The mechanical stability of the fabricated Ag NTEs on PET substrate is evaluated by a bending test. As shown in Fig. 8, the bending test consists of 100 cycles of inner bending and 300 cycles of outer bending with a bending radio of 1.5 cm. No visible defects, such as cracking or tearing of the surface, are observed even after more than 400 cycles of bending test. And Ag NTEs exhibit a stable electronic performance with little change of sheet resistance. Its property to tolerate hundreds of mechanical bending test could be attributed to the flexibility of long Ag NWs and the benign adhesion to the substrate.

The bending test, including inner bending and outer bending. Both the bending radios are 1.5 cm. 挿入図 shows the bent Ag NTEs is still conductive over the whole surface. (R and R ₀ represent the sheet resistance of films before and after bending test, respectively)

結論

In summary, Ag NWs with different aspect ratios varying from ca. 30 to ca. 1000 are prepared via a facile PVP-mediated polyol process and are applied to the fabrication of high-performance Ag NTEs with low-temperature sintering. In the polyol process, the diameters of Ag NWs are strikingly reduced and the aspect ratios reach almost 1000 when employing mixed PVP as the capping agent. Additionally, when the aspect ratios exceed 500, the optoelectronic performance of Ag NWs films show good transmittance (81.8–87.2%) and electronic conductivity (7.4–58.4 Ω/sq), comparable to those of commercial ITO films (85%, 45 Ω/sq). Furthermore, high-performance Ag NTEs with a transmittance of 91.6% and a sheet resistance of 11.4 Ω/sq are obtained, as the aspect ratios exceed 1000. The long nanowires and thin PVP layer lead to less number of nanowire junctions and reduced junction resistance, respectively. It allows low-temperature sintering of Ag NWs network, which is advantageous for the applications in the flexible plastic substrates. Moreover, Ag NTEs show excellent flexibility against the bending test. We believe that the ability to synthesize Ag NWs with different aspect ratios and fabricate high-performance NTEs with low-temperature welding are very valuable to the development of flexible electronic devices.