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

【摘要】：導(dǎo)電薄膜是電子產(chǎn)品中必不可少的重要組件之一,廣泛應(yīng)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?qū)崿F(xiàn)在柔性顯示和可穿戴電子器件中的應(yīng)用。然而,目前生產(chǎn)中制備導(dǎo)電薄膜使用的氧化銦錫(Indium tin oxide, ITO)材料存在造價(jià)高、儲(chǔ)備少、脆性大等缺點(diǎn)。銅納米線薄膜被認(rèn)為是替代傳統(tǒng)ITO導(dǎo)電薄膜的最有希望的材料之一,并且因其低廉的價(jià)格、豐富的儲(chǔ)備和優(yōu)異的導(dǎo)電性能受到越來越多的關(guān)注。為了促進(jìn)銅納米線導(dǎo)電薄膜的應(yīng)用,研發(fā)簡單、快捷、無需保護(hù)氣氛、避免高溫和腐蝕環(huán)境的制備銅納米線導(dǎo)電薄膜的技術(shù)迫在眉睫。本文使用了一種新穎的快速光燒結(jié)技術(shù)制備銅納米線透明導(dǎo)電薄膜,通過光燒結(jié)后銅納米線網(wǎng)絡(luò)的微觀結(jié)構(gòu)和表面成分分析,對(duì)光燒結(jié)機(jī)理進(jìn)行了深入的探討。同時(shí),使用光燒結(jié)技術(shù)在樹脂基薄膜上制備了可拉伸的銅納米線導(dǎo)電薄膜,系統(tǒng)的對(duì)薄膜的彎曲、拉伸性能進(jìn)行了考察。此外,實(shí)現(xiàn)了這種可拉伸的銅納米線導(dǎo)電薄膜在可穿戴的傳感器和加熱器中的應(yīng)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(zhì)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(jī)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(luò)合物,這種絡(luò)合物促進(jìn)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(duì)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(huì)降低銅納米線的導(dǎo)電性。采用快速光燒結(jié)技術(shù)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(dǎo)電薄膜。通過對(duì)光燒結(jié)之后銅納米線網(wǎng)絡(luò)微觀結(jié)構(gòu)和表面成分的分析,揭示了光燒結(jié)作用機(jī)制。光能轉(zhuǎn)化為熱能燒結(jié)銅納米線形成了互連的網(wǎng)絡(luò),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(yīng),銅納米線在相互交叉的地方對(duì)光能的吸收更為強(qiáng)烈,促進(jìn)了銅納米線之間的互連；銅納米線表面覆蓋的ODA經(jīng)光分解成為還原性的有機(jī)物,并與銅的氧化物反應(yīng),得到了更充分的銅-銅接觸。由于銅納米線之間互連網(wǎng)絡(luò)的形成以及光分解去氧化的機(jī)制,光燒結(jié)技術(shù)成為一種快速、簡單、有效的制備性能優(yōu)秀的銅納米線導(dǎo)電薄膜的方法。采用快速光燒結(jié)法在聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate, PET)基底上制備了銅納米線透明導(dǎo)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(dǎo)電薄膜過程中,光燒結(jié)過程容易對(duì)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(duì)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(dǎo)電薄膜。使用一步光燒結(jié)技術(shù)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(dǎo)電薄膜。研究結(jié)果表明,經(jīng)過光燒結(jié),銅納米線埋入到PU薄膜的表面,這種埋入結(jié)構(gòu)有利于增強(qiáng)薄膜的機(jī)械魯棒性。測試結(jié)果表明,銅納米線/PU導(dǎo)電薄膜在10%應(yīng)力下拉伸／釋放1000個(gè)循環(huán),相對(duì)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(dǎo)電薄膜的結(jié)果表明,由于光燒結(jié)之后銅納米線與PDMS基底之間結(jié)合力較弱,銅納米線/PDMS導(dǎo)電薄膜在拉伸條件下電性能迅速降低。在銅納米線/PDMS導(dǎo)電薄膜表面再次涂覆PDMS薄膜大大改善了兩者之間的結(jié)合力.載20%應(yīng)力下循環(huán)拉伸/釋放1000個(gè)循環(huán),電阻只增長為原來的1.8倍。實(shí)現(xiàn)了銅納米線/PU可拉伸導(dǎo)電薄膜在可穿戴的應(yīng)力傳感器和加熱器上的應(yīng)用。在手指關(guān)節(jié)處粘貼銅納米線/PU導(dǎo)電薄膜,通過手指彎曲和伸直狀態(tài)下導(dǎo)電薄膜的電阻變化可以對(duì)手指的行為進(jìn)行探測。在銅納米線/PU導(dǎo)電薄膜兩端輸入電壓,實(shí)現(xiàn)了銅納米線導(dǎo)電薄膜的加熱功能。當(dāng)輸入電壓為3V時(shí),薄膜溫度可以達(dá)到46°C。這兩種器件的成功制備為銅納米線導(dǎo)電薄膜在信息傳輸和醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了依據(jù)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.2

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