【摘要】：隨著液晶電視、智能手機(jī)、平板電腦、觸摸屏、智能穿戴等光電子產(chǎn)品的普及,在光電子器件在技術(shù)上日益成熟的同時(shí),仍就面臨著許多尚未解決的難題。透明電極作為光電子器件的重要組成部分之一,一直都是研究者們青睞的探索課題。傳統(tǒng)電極ITO在工藝以及材料上的發(fā)展出現(xiàn)了瓶頸,并且由于銦資源的匱乏導(dǎo)致ITO價(jià)格的太過(guò)昂貴,加上ITO比較脆因此不利于將其應(yīng)用在柔性電子設(shè)備當(dāng)中。目前除了 ITO,石墨烯、碳納米管、金屬納米線等眾多透明電極材料也都被廣泛的研究,可見(jiàn)透明導(dǎo)電電極擁有著廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。那么在此背景下,新型透明電極成為了研究者們競(jìng)相追逐的目標(biāo)。其中,銅納米絲憑借著其低成本,僅為ITO的一百分之一,并且具備著高柔性以及優(yōu)良的光電特性,被公認(rèn)為新一代的透明電極希望之星。不過(guò)在研究銅納米絲的過(guò)程當(dāng)中,其仍然面臨著一些難題,諸如銅納米絲在空氣中極易被氧化,以及轉(zhuǎn)移技術(shù)所限難以制備大大面積的透明導(dǎo)電薄膜,亟待解決。針對(duì)上述難題,本論文進(jìn)行了一系列探索性研究。首先,為克服銅納米絲容易氧化的這一難題,我們?cè)阢~納米絲表面上包裹上不同種類(lèi)物質(zhì)作為抗氧化層,以提高其本身的穩(wěn)定性;其次,我們提出超聲3D打印噴涂技術(shù)來(lái)制備大面積透明導(dǎo)電薄膜,提出了新的技術(shù)理念,并且取得重要進(jìn)展。一、本工作提出在銅納米絲表面上包裹上不同類(lèi)型殼層的技術(shù),以提高銅納米絲抗氧化性增強(qiáng)其穩(wěn)定性,其中分別為銀殼層(金屬)、氧化鋅(半導(dǎo)體材料)以及石墨烯(碳系材料)三類(lèi)。針對(duì)包裹的不同物質(zhì),我們分別提出了相對(duì)應(yīng)的整套包裹技術(shù)方案,對(duì)于銀金屬殼層,我們提出了一鍋法快速包裹技術(shù),繼而通過(guò)不同技術(shù)手段的測(cè)試,發(fā)現(xiàn)Cu@Ag納米絲具備良好的抗氧化以及易形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的特性;對(duì)于氧化鋅半導(dǎo)體殼層,我們提出了先包裹Zn金屬殼層,再采用過(guò)氧化氫將其氧化為氧化物的兩步法技術(shù),成功實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體殼層在金屬納米線表面的成功包裹,其展現(xiàn)出很好的抗氧化性、穩(wěn)定性,十分有趣的是,通過(guò)測(cè)試我們發(fā)現(xiàn)了其還具備著半導(dǎo)體光電性質(zhì),在紫外(390 nm)及可見(jiàn)光(450 nm)波段的出現(xiàn)發(fā)光峰;對(duì)于碳材料殼層,我們建立了 CVD氣相法在銅納米絲網(wǎng)絡(luò)表面包裹石墨烯殼層,設(shè)計(jì)了銅箔腔體裝置,克服銅納米絲高溫熔化問(wèn)題,成功獲得Cu@graphene納米絲,其具有很強(qiáng)的抗氧化特性,并使銅納米絲光電性能獲得大幅提升。此項(xiàng)工作所獲得的研究結(jié)果將為透明電極的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展提供了非常重要的科學(xué)數(shù)據(jù),為未來(lái)生產(chǎn)工業(yè)提供了一幅偉大的藍(lán)圖。二、由于大面積導(dǎo)電薄膜制備技術(shù)受到限制,我們提出超聲3D打印噴涂技術(shù)。根據(jù)3D打印機(jī)“層疊堆積”原理,設(shè)計(jì)集成超聲噴頭的3D打印機(jī)設(shè)備,并實(shí)現(xiàn)快速大面積銅納米絲透明電極的制作。我們研發(fā)了超聲噴頭裝置,期間經(jīng)過(guò)不斷的測(cè)試實(shí)驗(yàn)以及優(yōu)化效果,最終實(shí)現(xiàn)氣壓震蕩銅納米絲噴涂,噴涂速度達(dá)2m/min,噴涂面積超過(guò)A4尺寸,可適用于大面積、大批量的透明導(dǎo)電薄膜制備,均勻性穩(wěn)定;我們又提出模板法圖形化噴涂技術(shù),實(shí)現(xiàn)了任意所需圖形或電路的透明電極制備;超聲3D噴涂制備的導(dǎo)電薄膜的透光率高,導(dǎo)電性與傳統(tǒng)真空抽濾法制作的電極相當(dāng)。該超聲3D打印機(jī)技術(shù),成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)級(jí)納米絲透明電極的快速生長(zhǎng)需求,為銅納米絲向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域邁進(jìn)提供了關(guān)鍵的技術(shù)支持,同時(shí)該技術(shù)可擴(kuò)展應(yīng)用于其它種類(lèi)納米材料的3D噴涂,在未來(lái)在工業(yè)中量產(chǎn)應(yīng)用打下良好的技術(shù)基礎(chǔ)。三、完成銅納米絲及及其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在不同新型智能柔性電子設(shè)備上的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。其一,在熱色顯示儀應(yīng)用方面。由于銅納米絲具有良好的電熱轉(zhuǎn)換效率,熱反應(yīng)速度迅速并且工作穩(wěn)定性強(qiáng),我們以銅納米絲制備電熱導(dǎo)電薄膜為先導(dǎo),并將其與變色涂料的結(jié)合,研發(fā)出一種新型顯示技術(shù)——熱色顯示儀。由于制作簡(jiǎn)單、成本低廉,因此在以后具有廣闊的市場(chǎng);其二,在柔性觸摸的應(yīng)用上,由于ITO較脆,那么銅納米絲作為透明電極無(wú)疑成了柔性設(shè)備的優(yōu)先選擇對(duì)象,我們通過(guò)超聲3D打印技術(shù),實(shí)現(xiàn)大面積柔性導(dǎo)電薄膜的噴涂,并圖形化電極和電路制作成功大面積柔性觸摸屏,實(shí)現(xiàn)觸摸書(shū)寫(xiě)和顯示;其三,在藍(lán)光LED應(yīng)用方面,利用Cu@Graphene納米絲網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)GaN的透明歐姆電極,通過(guò)APSYS仿真軟件揭示了 Cu@G銅納米絲與半導(dǎo)體表面以點(diǎn)接觸形態(tài)對(duì)歐姆接觸的特殊尖端電注入機(jī)制,成功點(diǎn)亮LED,通過(guò)測(cè)試證明其具備著優(yōu)良的光電性能�？梢�(jiàn)銅納米絲透明電極在各個(gè)器件領(lǐng)域中都占據(jù)著至關(guān)重要的地位,具有廣闊的應(yīng)用前景。
【圖文】：

、碳納米管［７］、金屬納米絲⑷等眾多透明電極材料也都被廣泛的研宄，可見(jiàn)透逡逑明導(dǎo)電電極擁有著廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。目前透明電極己經(jīng)使用在曲面顯示屏、發(fā)光逡逑器件、柔性太陽(yáng)能電池、柔性觸摸屏等領(lǐng)域，如圖１．１所示，由此透明電極在工逡逑業(yè)制造中占據(jù)著非常重要的地位。透明電極作為現(xiàn)代世界制造技術(shù)發(fā)展的前沿科逡逑技，，為未來(lái)生產(chǎn)工業(yè)提供了一幅偉大的藍(lán)圖，將成為新世紀(jì)制造業(yè)的主要生產(chǎn)材逡逑料。逡逑＾９ＢＢＢＲ逡逑圖１．１透明電極的（ａ）曲面顯示屏的應(yīng)用；（ｂ）發(fā)光器件的應(yīng)用；逡逑（ｃ）柔性太陽(yáng)能電池的應(yīng)用（ｄ）柔性觸摸屏的應(yīng)用逡逑那么如何將銅納米絲轉(zhuǎn)移到襯底上形成大面積透明導(dǎo)電薄膜，這一技術(shù)也尤逡逑其關(guān)鍵。因此對(duì)于轉(zhuǎn)移銅納米絲的要求十分的苛刻，譬如納米絲轉(zhuǎn)移到襯底上要逡逑求分布均勻、轉(zhuǎn)移技術(shù)具備一定的穩(wěn)定性等等。那么目前轉(zhuǎn)移銅納米絲制備導(dǎo)電逡逑薄膜的主流方法主要有：金屬棍棒滾壓法真空抽濾壓印法等等。由于當(dāng)前技逡逑術(shù)較難實(shí)現(xiàn)大面積透明導(dǎo)電薄膜的制備，因此我們課題組提出超聲３Ｄ打印噴涂逡逑的方法來(lái)克服這個(gè)難題。并提出模板法圖形化噴涂技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)任意所需圖形或逡逑２逡逑

在２００７年，碳納米管電極首次被應(yīng)用于觸摸屏的使用，截至目前己經(jīng)有多款智逡逑能手機(jī)己經(jīng)使用碳納米管透明電極制成觸摸屏。但是目前來(lái)看由碳納米管制備的逡逑導(dǎo)電薄膜導(dǎo)電性還略差于ＩＴＯ薄膜，所以它的商業(yè)化步伐比較慢。如圖１．２所示，逡逑為碳納米管的研宄現(xiàn)狀。逡逑糊豪悐Ｉ逡逑ｄ逡逑Ｋ邋Ｊ邐］［邋Ｊ逡逑圖１．２碳納米管的（ａ）邋ＳＥＭ圖［Ｉ８】；（ｂ）邋ＡＦＭ圖（ｃ）柔性導(dǎo)電薄膜的應(yīng)用⑴：逡逑（ｄ）光電子器件的應(yīng)用１２0】。逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：廈門(mén)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TB383;TP334.8

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2679615