銀納米線應(yīng)用于可穿戴電子的關(guān)鍵工藝與器件的研究.pdf

1、可穿戴電子具有實(shí)時(shí)感知、記錄、分析等功能，使人隨時(shí)隨地掌握自己所需要的信息，從而使信息通信和日常生活無縫對(duì)接。作為“穿戴”在人身體上的電子設(shè)備，需要更貼合人體表形狀、實(shí)現(xiàn)對(duì)人體的兼容性、對(duì)人體信號(hào)更高的敏感性以及更大的便捷性和實(shí)用性。
　　本文以銀納米線（AgNW）導(dǎo)電薄膜為研究對(duì)象，以壓力、拉伸傳感器和有機(jī)太陽能電池為載體，重點(diǎn)研究了基于溶液工藝的AgNW柔性/拉伸導(dǎo)電薄膜在壓力、拉伸傳感器和有機(jī)太陽能電池的應(yīng)用。從提高器件的柔

2、韌性、傳感靈敏性、使用壽命和降低重量等方面展開了一系列的工作，并結(jié)合導(dǎo)電薄膜的表面形貌、光電性能和機(jī)械性能，探索了導(dǎo)電薄膜與壓力、拉伸傳感器和有機(jī)太陽能電池的內(nèi)在聯(lián)系，為可穿戴傳感器和太陽能電池的進(jìn)一步發(fā)展提供了思路。主要的研究內(nèi)容包括：
　?。?）開發(fā)了一種適合在柔性襯底上加工的AgNW導(dǎo)電薄膜。以超長徑比的銀納米線和乙醇稀釋的高導(dǎo)電性聚（3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸）（PEDOT:PSS）為原料，在室溫條件下通過溶

3、液工藝制備了高導(dǎo)電性、透光性和機(jī)械柔韌性的復(fù)合導(dǎo)電薄膜。將復(fù)合導(dǎo)電薄膜應(yīng)用到柔性電容式壓力傳感器和太陽能電池中。所制備的壓力傳感器的靈敏度是以氧化銦錫（ITO）為電極的傳感器的3倍，4×4壓力傳感器矩陣能夠準(zhǔn)確地采集與傳輸物體空間位置的電子信號(hào)；所制備的電極太陽能電池光電轉(zhuǎn)換達(dá)到1.83%，表明導(dǎo)電薄膜在光電器件中具有應(yīng)用潛力。
　?。?）通過對(duì)AgNW-PEDOT:PSS復(fù)合導(dǎo)電薄膜穩(wěn)定性的研究表明，由于PEDOT:PSS的親水

4、性導(dǎo)致的吸水和酸性特性對(duì)AgNW的腐蝕，致使薄膜的導(dǎo)電性下降而導(dǎo)致薄膜的穩(wěn)定性差。而經(jīng)有機(jī)堿（胍）處理成pH中性的PEDOT:PSS后，改善了對(duì)水的敏感程度，與AgNW復(fù)合后形成的導(dǎo)電薄膜在不損失導(dǎo)電性、透光性和機(jī)械柔韌性的條件下在空氣中的穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性以及長時(shí)間負(fù)載大電流時(shí)的穩(wěn)定性均有明顯的提升。利用穩(wěn)定性提高的導(dǎo)電薄膜和以碳酸氫銨發(fā)泡劑制備的多孔結(jié)構(gòu)PDMS壓力敏感薄膜構(gòu)建了電容式的壓力傳感器。結(jié)果表明，以多孔PDMS為敏感層的傳

5、感器的靈敏度提升了約6倍，同時(shí)傳感器高靈敏度的范圍也得到擴(kuò)大。將傳感器分別置于手腕處和鞋墊下，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測手腕脈搏信號(hào)和足底壓力分布信號(hào)的功能，為傳感器在人體健康方面的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　?。?）采用剝離工藝改善 AgNW導(dǎo)電薄膜的表面粗糙性，研究了AgNW的幾何尺寸、聚合物的肖氏硬度以及分離層的使用對(duì)AgNW聚合物導(dǎo)電薄膜表面形貌的影響。短長徑比的銀納米線更容易被轉(zhuǎn)移到彈性薄膜PDMS中，但薄膜表面粗糙性大。而采用熱交聯(lián)聚甲基

6、丙烯酸甲酯（PMMA）以及在玻璃上增加氫氧化鈉（NaOH）分離層，能夠轉(zhuǎn)移超長徑比的AgNW。所制備的AgNW/PMMA導(dǎo)電薄膜具有低表面粗糙度、高導(dǎo)電性、透光性和機(jī)械柔韌性。將 AgNW/PDMS和AgNW/PMMA導(dǎo)電薄膜分別應(yīng)用于壓力傳感器和有機(jī)太陽能電池中。所制備的壓力傳感器的靈敏度是鋁箔為電極的傳感器3倍。在太陽能電池中，通過引入氧化鋅（ZnO）納米晶有效改善了陰極界面，提高了器件的光電轉(zhuǎn)換效率和壽命。以pH中性的PEDOT:

7、PSS與氧化石墨烯（GO）共混改善了 AgNW導(dǎo)電薄膜的界面，在不影響PEDOT:PSS-GO/AgNW導(dǎo)電薄膜穩(wěn)定性的條件下取得與酸性PEDOT:PSS器件相似的性能。
　?。?）采用線棒刮涂的方式制備大面積的AgNW導(dǎo)電薄膜，研究了刮涂工藝對(duì)薄膜光電特性的影響。將所制備的透明導(dǎo)電薄膜應(yīng)用到拉伸傳感器中，通過減小PDMS襯底的厚度，提高傳感器在拉力作用下的拉伸比例和重量，減小拉伸傳感器被人體的感知程度，實(shí)現(xiàn)了傳感器對(duì)人手指和頸部