五邑應(yīng)用物理與材料學院snte特攻隊

五邑大學銀納米線/PVA復(fù)合透明電極的制備及其在電致變色器件中的應(yīng)用報告人：何銳輝SNTE特攻組指導(dǎo)老師：何鑫、張梅、羅堅義組員：劉阿雷、陳祥遠趙志龍、樊瀟報告內(nèi)容

實驗背景及目的電致變色的原理復(fù)合透明電極的制備復(fù)合透明電極的應(yīng)用實驗測試與分析實驗問題及改進一、實驗背景及目的1.1實驗背景平板電腦電子紙顯示屏太陽能電池電致變色顯示器透明電極的應(yīng)用：ITO瓶頸：In的儲藏量有限，導(dǎo)致ITO的成本逐年升高。ITO薄膜機械性能差

，導(dǎo)致薄膜光電器件壽命較低。制備工藝需高溫處理。金屬Ag、Cu和Au納米線薄膜：優(yōu)點：金屬納米線導(dǎo)電性優(yōu)良；制備工藝可采用成本低廉的液相法。Au納米線薄膜成本過高，實用性較低。Ag納米線相比Cu納米線具有更好的分散性。1.1實驗背景銀納米線薄膜透明電極應(yīng)用時存在的問題：隨機納米線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得薄膜的導(dǎo)電均勻性較差；無機納米線與柔性基底的附著力較弱；銀納米線導(dǎo)電穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性不高；薄膜的表面粗糙度較大。

1.1實驗背景1.2實驗?zāi)康牟捎孟∷崽幚砗蜋C械壓印相結(jié)合的方法構(gòu)建高性能的銀納米線/PVA復(fù)合薄膜。將此新型透明電極初步應(yīng)用于柔性電致變色器件，實現(xiàn)了循環(huán)變色。電極電致變色材料電解質(zhì)電極電致變色材料著色退色(-)(-)(+)(+)e_Li+e_Li+二、電致變色的原理三、復(fù)合透明電極的制備AgNO3（169.87）葡萄糖（180.16）Fe2(SO4)3(399.88)PVP(k-30)物質(zhì)的量（mmol）340.6物質(zhì)的量濃度（mol/L）0.150.10.015體積（mL）204040質(zhì)量（g）0.50960.72060.23984.5表1.銀納米線溶液藥品配比表3.1銀納米線溶液的制備3.1銀納米線溶液的制備4.5gPVP0.5096gAgNO3

20ml去離子水0.7206g葡萄糖

40ml去離子水磁力攪拌機0.5096gFe2(SO4)3

40ml去離子水室溫攪拌半個小時，讓PVP完全溶解。反應(yīng)釜恒溫箱乙醇離心5次并保存180℃下反應(yīng)6h后用稀硝酸浸泡15min混合溶液圖1銀納米線制備流程圖銀納米線薄膜的制備(旋涂法,轉(zhuǎn)速4500r/min，20s

）

銀納米線溶液

PET薄膜銀納米線薄膜每層三滴，五層適當溶度PVA薄膜的制備(旋涂法,轉(zhuǎn)速6000r/min,20s

）

1gPVA粉末100ml去離子水恒溫箱中80℃加熱1hPVA溶液PVA溶液PET薄膜PVA薄膜每層三滴，三層復(fù)合薄膜3.2復(fù)合透明電極的制備圖2

復(fù)合薄膜的制備流程圖

3.2復(fù)合透明電極的制備四、實驗測試與分析圖3（A）薄膜電極的實物圖；（B）光學顯微鏡圖；（C）銀納米線的TEM圖（D）單根納米線的高分辨電鏡圖及電子衍射花樣圖ABDCT=~85%

單晶

面心立方結(jié)構(gòu)單質(zhì)銀D=~135nmAfterPressingD=~135nmBeforePressingD=~72nm圖4機械壓印前后薄膜的掃描電鏡圖納米線的平均直徑從72nm增大至135nm，可見機械壓力使得納米線的表面變得扁平，納米線的表面直徑增加。

圖5（A）復(fù)合電極的XRD圖譜；（B）不同濃度銀納米線復(fù)合電極的透過率曲線較高的銀納米線濃度導(dǎo)致較低的薄膜透過率及較小的面電阻。黑色方框標記的兩個衍射峰來源于襯底PET基片，無其他雜質(zhì)峰存在A93.4%--38.8/sq91.2%--11.2/sq86.9%--0.75/sq84.7%--0.64/sq77.1%--0.55/sq76.3%--0.53/sq71.2%--0.27/sq68.7%--0.20/sq66.3%--0.07/sqT--RsBT=85%;Haze=10%圖6不同濃度銀納米線復(fù)合電極的霧度變化圖可見光（550nm）霧度值為10%，而以玻璃為基片的ITO薄膜霧度值為2%。

隨著透過率的增加，納米線濃度的降低，其霧度值也逐漸減小。圖7銀納米線薄膜與復(fù)合薄膜的光電性能參數(shù)對比圖復(fù)合薄膜的光電性能明顯優(yōu)于銀納米線薄膜圖8銀納米線薄膜與復(fù)合薄膜的面電阻分布圖經(jīng)過機械壓印得到的復(fù)合薄膜導(dǎo)電均勻性得到極大的提高

圖9銀納米線薄膜（左）和復(fù)合薄膜（右）的高倍SEM圖電子傳輸以沿著單根納米線為主，因此薄膜的電阻較大電子在納米線之間傳輸和沿著單根納米線傳輸?shù)膸茁氏嗤纬闪己玫膶?dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，可使薄膜獲得優(yōu)異的導(dǎo)電性。輕觸熔合

圖10銀納米線薄膜（左）和復(fù)合薄膜（右）的AFM表面形貌圖AgNWfilmAgNWs-PVAcompositefilm表面粗糙度有效地降低，薄膜表面變得平整24.92/sq0.56/sq5.8m/sqBR0=~124/sqA圖11（A）薄膜電阻隨壓片時間的變化圖（B）透過率隨壓片時間的變化圖壓力F=30MPa壓片后使得納米線直徑增加，覆蓋面大而導(dǎo)致透過率降低。B45/sq0.67/sq1.07/sqAR0=~120/sq圖12（A）薄膜電阻隨壓力的變化圖（B）透過率隨壓力的變化圖壓片時間t=10min1cm圖13復(fù)合薄膜及ITO薄膜電阻變化率隨機械彎曲次數(shù)的曲線圖ITO薄膜的電阻急劇增大而復(fù)合薄膜電阻的變化率在2%以內(nèi)，耐機械彎曲性及機械穩(wěn)定性優(yōu)異。1.070.850.670.650.690.674.980.701.910.711.472.54288.259.293.140.874.270.7圖14復(fù)合薄膜電阻隨時間變化圖隨保存時間的增加，薄膜的面電阻增大，施壓壓力較小的復(fù)合薄膜電阻增加速率最高。復(fù)合薄膜WO3粉末電流120A，15min復(fù)合透明電極

WO3電致變色層5.1電致變色層的制備（熱蒸發(fā)）五、復(fù)合透明電極的應(yīng)用（電致變色）雙面膠封裝（電解質(zhì)厚度）WO3電致變色層電解質(zhì)(PEO-LiClO4）ITO透明電極3VITO透明電極Ag納米線/PVA復(fù)合薄膜電極Ag納米線/PVA復(fù)合薄膜電極5.2電致變色器件的制備5.3變色失敗器件實物圖原因：兩電極封裝不平整，邊緣比中間更趨于平整著色態(tài)褪色態(tài)圖15（左）基于Ag納米線/PVA復(fù)合薄膜的柔性電致變色器件著色態(tài)及（右）褪色態(tài)實物圖5.3變色效果圖加大電壓，顏色加深，但容易腐蝕六、實驗問題及改進1、水熱法所制備的銀納米線溶液中含有部分小尺寸顆粒。

將通過離心處理，先除去團聚的大顆粒，將離心后的上層溶液再利用抽濾的方法，利用定量濾紙的幾十微米的孔徑，將溶液中小顆粒過濾除去，而高長徑比的納米線將留在濾紙上，再收集可得到高產(chǎn)量銀納米線。2、柔性電致變色器件在封裝過程中難以保證兩個電極完全平整。WO3電致變色層ITO透明電極3VPET薄膜Ag納米線/PVA復(fù)合薄膜電極電解質(zhì)PET薄膜六、實