透明電極在太陽能電池、有機(jī)發(fā)光二極管、電子皮膚及柔性可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的銦錫氧化物(ITO)透明電極(透光率80%,方阻10Ω/sq)因質(zhì)脆特性和稀有金屬銦資源匱乏限制了其在柔性電子與光電器件中的大規(guī)模應(yīng)用。微納導(dǎo)電纖維被認(rèn)為是最有潛力的新一代無銦透明電極材料。本論文圍繞微納導(dǎo)電纖維透明電極的成形與性能優(yōu)化展開研究,從纖維成分設(shè)計(jì)與排布結(jié)構(gòu)調(diào)控兩個(gè)方面著手:成形新型高導(dǎo)電微納纖維作為透明電極材料,探索微納導(dǎo)電纖維有序結(jié)構(gòu)成形新工藝,以實(shí)現(xiàn)其光電性能優(yōu)化調(diào)控,最終獲得新型高性能無銦透明電極。通過以上研究,取得了一些有意義的結(jié)果:1.通過在TiN、C導(dǎo)電纖維中加入Ag納米顆粒,成形了高導(dǎo)電微納復(fù)合纖維,顯著提升透明電極的光電性能。Ag納米顆粒在纖維內(nèi)部連續(xù)分布形成導(dǎo)電通路,將纖維的電導(dǎo)率提升1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。Ag/TiN復(fù)合纖維透明電極光透過率為85%時(shí),方阻僅為10Ω/sq。Ag/C復(fù)合纖維透光率80%時(shí),方阻為22Ω/sq,并且經(jīng)過1000次彎曲疲勞測(cè)試后,其方阻僅增加4%,可用于構(gòu)筑柔性透明電極。2.優(yōu)選高導(dǎo)電高穩(wěn)定的WN作為新型透明電極材料,用于制備適應(yīng)極端環(huán)境的高穩(wěn)定透明電極。在煅燒溫度為900 ~oC時(shí),WN纖維結(jié)晶性好,電導(dǎo)率高達(dá)2189 S/cm。進(jìn)一步采用近場(chǎng)直寫工藝成形有序結(jié)構(gòu)WN纖維透明電極,通過纖維排布結(jié)構(gòu)的調(diào)控,獲得透光率90%、方阻2.8Ω/sq的極佳性能。而且通過研究高溫氧化和酸堿腐蝕處理對(duì)其光電性能的影響,發(fā)現(xiàn)WN纖維透明電極具有優(yōu)良的抗氧化性和抗腐蝕性:WN纖維透明電極在160 ~o C中16 h氧化測(cè)試,方阻增加8%;在酸堿腐蝕后,方阻最高增加3.2%。3.開發(fā)近場(chǎng)直寫技術(shù)與溶液拉絲成形技術(shù)原位構(gòu)筑有序結(jié)構(gòu)微納導(dǎo)電纖維透明電極,通過纖維排布結(jié)構(gòu)的調(diào)控實(shí)現(xiàn)透明電極光電性能優(yōu)化。采用近場(chǎng)直寫技術(shù)構(gòu)筑方格結(jié)構(gòu)TiN纖維透明電極,透光率和方阻分別為90%和10.3Ω/sq。經(jīng)過160 ~o C中8 h氧化測(cè)試,方阻增加20%;在酸堿腐蝕后,方阻僅增加3.3%。4.采用溶液拉絲成形技術(shù)制備了微納W纖維透明電極,并探索了其在透明可穿戴器件和透明電加熱器領(lǐng)域的應(yīng)用。通過溶液拉絲成形技術(shù)實(shí)現(xiàn)在平面、曲面和凹面等復(fù)雜表面排列超長(zhǎng)W纖維。獲得的W纖維透明電極透光率為90%時(shí),方阻僅為0.2Ω/sq,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過氧化銦錫透明電極的光電性能。將此透明電極應(yīng)用于可穿戴加熱器件,在12 V電壓下經(jīng)過100次電熱循環(huán),循環(huán)效率達(dá)97%;經(jīng)過200次彎曲測(cè)試后方阻無明顯變化。通過溶液拉絲成形在曲面上原位成形W纖維透明電加熱器,并通過通電條件下的水蒸發(fā)研究了其電熱性能,水蒸發(fā)速率達(dá)1 ml/min。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM914.4;TB33
【部分圖文】：

a）具有不同厚度 Ag 膜的太陽能電池的透射光譜分析；（b）具有 10 nm 厚度的同厚度的抗反射層電池的透射光譜分析；（c）通過透明電極觀察冬景（左圖）層（右上側(cè)），以及添加抗反射涂層的太陽能電池（右下側(cè)）；（d）添加反射層的外量子效率譜[35] (a) Optical transmission spectraof cells with different thicknesses of silver back elec

2 納米壓印法制備的不同間距的長(zhǎng)方形金屬網(wǎng)柵：（a）200 nm；（b）120 nm；（c）玻間距為 200 nm 的網(wǎng)柵；（d）玻璃片上間距為 120 nm 的網(wǎng)柵g. 1-2 Scanning electron microscopy images of imprinting molds with rectangular grids ofs of (a) 200 nm and (b) 120 nm, and thecorresponding semitransparent metal electrodes (with line widths of (c) 200 nm and (d) 120 nm[50]通過結(jié)合納米壓印技術(shù)和溶液處理，Sciacca 等[53]獲得由銀納米線規(guī)則網(wǎng)明導(dǎo)電膜。溶液生長(zhǎng)的納米線網(wǎng)格展現(xiàn)出比通過金屬蒸發(fā)獲得的網(wǎng)格高率。Kang 等[54]利用毛細(xì)管將 Ag 納米顆粒組裝到納米網(wǎng)格模板中，然后焊接和后退火過程有效地降低了 Ag納米顆粒之間的接觸電阻。該柵格在透.4%時(shí)的方阻為 15.2 Ω/sq。目前，金屬網(wǎng)格的卷對(duì)卷印刷技術(shù)是規(guī)模化制備網(wǎng)柵的主要方法，從制造量的觀點(diǎn)來看是長(zhǎng)期有效的。D. N. Printing 和 Gunze 等[55]公司已經(jīng)基于金屬網(wǎng)格生產(chǎn) 0.4-1.0 Ω/sq 和大于 80％透射率的透明電極。由 C. N. Tech[

9圖 1-3 金屬納米纖維網(wǎng)的組裝流程圖及相應(yīng)的微觀結(jié)構(gòu)圖[57]hematic process of metallic network fabrication. Theresulted structures of gelfilmand network areshown on theright column[57]
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本文編號(hào)：2887005