银纳米线/PEDOT:PSS复合透明电极的构筑、性能研究及应用

作     者：沈耿哲 

作者单位：五邑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何鑫

授予年度：2020年

学科分类：081704[工学-应用化学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：透明导电膜 银纳米线 PEDOT:PSS 金属网格 加热器 应变传感器 近场静电纺丝 身体运动监测 

摘      要：在透明柔性电子设备快速发展的同时,人们对其电极的高透明性、柔软性和多功能性也提出了更高的要求。在众多新型光电器件的研发过程中,人们常通过开发电极材料和设计材料微观结构来实现其优良的物理特性及器件性能的提升。本论文基于聚（3,4-乙烯二氧噻吩）:聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT:PSS）和银纳米线（Ag NWs）的复合导电油墨构筑了可应用于不同光电器件的透明电极,并对其性能及应用展开了系列研究,研究内容具体包括以下两个方面:（1）利用丝网印刷技术在聚对苯二甲酸乙二酯（PET）基板上制备PEDOT:PSS和Ag NWs的复合有序网格。以光电性能优异的六边形和正方形规则图案为研究对象,研究复合导电油墨的配比与粘度、网版目数、印刷层数和图案形状等参数对复合薄膜光电性能的影响。当网孔目数为200时可印刷透明性高且性能优异的网格。随着印刷层数的增加和PEDOT:PSS/Ag NWs质量比的降低,印刷网格的透过率和电阻均降低。当印刷层数为1时,六边形网格的透过率和电阻分别为85.6%和2.23 kΩ,而正方形网格的透过率和电阻分别为77.3%和8.78kΩ。这表明正方形网格更紧凑的排布方式会降低电极的透过率,而连接更多方格会增加电阻。因此,通过设计具有优化的印刷图案,可以改善透明电极的光电性能。由于具有六边形和正方形图案的Ag NWs/PEDOT:PSS复合膜具有较高的透明度和良好的均匀性,在大面积印刷透明电极中有巨大的应用前景,本论文将其成功应用于透明薄膜加热器中。（2）基于Ag NWs和PEDOT:PSS复合导电墨水,构建基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）衬底的图案化电极,并将其应用于透明可拉伸应变传感器。利用近场静电纺制备有序的聚丙烯腈（PAN）网格,将其规则图案反转移至PDMS表面,可实现衬底的图案化。此电极具有如下优势:有机聚合物PEDOT:PSS具有较强的附着力,可与基板之间形成紧密的连接;高长径比的Ag NWs可提供优异的电子导电通道;而PDMS形成的图案化微结构有利于提高传感器灵敏度。将此复合透明电极应用于应变传感器,可获得出色的灵敏度（最大GF=10.2）,宽广的感应范围（0-100%）,至少2000次循环的长期可靠性以及独特的应力-温度响应。此外,可将图案化应变传感器安装在身体的不同部位,实时监测人体多种运动和温度响应,从而在人机交互,电子皮肤和可穿戴设备中具有潜在的多功能应用。