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PEG4000/聚苯胺形状稳定复合相变材料的制备及其储热性能

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工程科学学报 2024年第3期46卷 458-469页

作者：李敏任士兵刘星照陶璋杨海彬黄智杨穆北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

以聚苯胺气凝胶(PANI)为支撑骨架,聚乙二醇4000(PEG4000)为相变材料,银纳米线(AgNWs)为导热增强填料,采用低温氧化聚合法和真空浸渍法制备得到具有良好形状和循环稳定性的定形相变复合材料PEG4000@Ag/PANI.聚苯胺气凝胶的高孔隙率及PEG4... 详细信息

以聚苯胺气凝胶(PANI)为支撑骨架,聚乙二醇4000(PEG4000)为相变材料,银纳米线(AgNWs)为导热增强填料,采用低温氧化聚合法和真空浸渍法制备得到具有良好形状和循环稳定性的定形相变复合材料PEG4000@Ag/PANI.聚苯胺气凝胶的高孔隙率及PEG4000与基体材料间的氢键作用和毛细作用,使得相变复合材料的最高负载率能够达到94.17%(熔融焓为165.17 J·g^(–1),凝固焓为152.77 J·g^(–1));加入AgNWs与PANI气凝胶共同搭建导热通路,提高了相变复合材料的导热性能(热导率最高为0.45 W·m^(–1)·K^(–1),比纯PEG4000提高80%);借助Ag NWs和聚苯胺优异的光吸收能力,相变复合材料的光–热转换效率达到90.61%.高储能密度、高光热转换能力和高热导率定形相变复合材料的成功制备为新型相变复合材料的合成提供了新思路,为太阳能光–热转换和储能应用提供了新材料,实现对太阳能的高效利用.

关键词：聚苯胺气凝胶定形相变复合材料热导率银纳米线光热转换

银纳米线的纯化及其在锂金属电池和节能玻璃中的应用

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银纳米线的纯化及其在锂金属电池和节能玻璃中的应用

作者：于中瑞天津理工大学

学位级别：硕士

银纳米线（Ag NWs）具有优良的导电性、独特的光学特性等物化性质,可同时满足能源存储器件和绿色建筑外立面对材料的特性需求。然而,在制备Ag NWs的过程中会不可避免地引入一些杂质,从而严重限制材料的利用效率。基于此,本文提出了一种... 详细信息

银纳米线（Ag NWs）具有优良的导电性、独特的光学特性等物化性质,可同时满足能源存储器件和绿色建筑外立面对材料的特性需求。然而,在制备Ag NWs的过程中会不可避免地引入一些杂质,从而严重限制材料的利用效率。基于此,本文提出了一种环境友好型纯化方法,探索Ag NWs在锂金属电池和节能玻璃中的应用,并揭示Ag NWs在解决锂金属电池循环性能差和建筑外立面玻璃能耗高等问题的作用机理。取得的研究成果如下:（1）针对传统纯化方法易导致Ag NWs的团聚和环境污染等问题,提出了一种环境友好型纯化方法。首先,通过控制Ag NWs制备过程中成核控制剂的种类及添加量等反应条件,制备一系列杂质含量不同的Ag NWs母液。采用传统离心、抽滤以及本文提出的低转速离心辅助乙醇沉降的方法对Ag NWs母液进行纯化,验证低转速离心辅助乙醇沉降方法的优势。进一步,探究沉降次数对Ag NWs母液纯化效果的影响。研究表明,随着杂质含量的增多,所需纯化次数也随之增加,但均可以看到明显的提纯效果,符合应用对其纯度的要求。（2）针对锂金属电池的枝晶生长问题,提出了一种Ag NWs改性3D碳布（CC）集流体的方法。采用真空抽滤将Ag NWs沉积至碳布,通过调整分散液的浓度,制备均匀涂覆的Ag NWs/CC复合集流体。对比研究锂金属在CC和Ag NWs/CC上的电化学沉积行为,优化的Ag NWs/CC集流体在沉积面容量为10 m A h cm的情况下,仍可引导锂金属的均匀沉积并抑制锂枝晶的生长。组装的LFP||Ag NWs/CC-Li全电池在5 C的电流密度下循环8300次后的放电比容量仍然可以达到106 m A h g,容量保持率可以达到85.5%。（3）针对Ag NWs改性低辐射（Low-E）玻璃由于线间距不可控导致光电性能差的问题,提出了一种线间距可控的Ag NWs定向涂覆策略。采用磁力搅拌辅助的方法将Ag NWs定向地涂覆在玻璃上,实现了Ag NWs在玻璃上的单层有序排布。研究Ag NWs的线间距对Low-E玻璃性能的影响,当搅拌时间为30、60和120 min时,Ag NWs的线间距分别为1.36、0.68和0.28μm。当Ag NWs在玻璃上的线间距为0.68μm时,可以同时实现较低的中红外辐射率（8-14μm:0.3）和较高的可见光透过率（400-600 nm:84.4%）。

关键词：银纳米线纯化锂金属电池节能玻璃

银纳米线透明电极防腐及在钙钛矿太阳电池中的应用研究

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银纳米线透明电极防腐及在钙钛矿太阳电池中的应用研究

作者：石志强中南大学

学位级别：硕士

银纳米线透明电极具有优异的透光导电性能,但耐腐蚀性较差,限制其在钙钛矿太阳电池等光电器件中的应用。针对该问题,本学位论文对银纳米线薄膜进行防腐处理,构建一种新型复合透明电极,并应用于钙钛矿太阳电池,相关研究工作如下:(1)结合... 详细信息

银纳米线透明电极具有优异的透光导电性能,但耐腐蚀性较差,限制其在钙钛矿太阳电池等光电器件中的应用。针对该问题,本学位论文对银纳米线薄膜进行防腐处理,构建一种新型复合透明电极,并应用于钙钛矿太阳电池,相关研究工作如下:(1)结合金属镍电镀、Sn O量子点沉积、ITO溅射等方法对银纳米线透明电极进行修饰处理,以制备复合透明电极;并研究了以上3种处理工艺对电极抗腐蚀性能、表面粗糙度、以及光电性能的影响规律。高分辨透射电子显微镜观测发现,电镀处理可在银纳米线表面形成致密的金属镍薄层;老化测试表明,金属镍电镀可显著提升复合透明电极的抗UV/Ozone氧化性、耐MAI腐蚀性、导电性和机械强度。同时,Sn O量子点沉积有利于提高电极表面平整度;ITO溅射能够提高电极的导电性、抗UV/Ozone氧化能力、耐MAI腐蚀性,并增强透明电极附着力。结合以上3种工艺制备的透明电极的透光率大于80%(@550 nm),方阻低于15 ohm/sq,表面起伏度低于50 nm,并且具备良好的抗氧化、腐蚀性与耐弯曲性。(2)采用银纳米线复合透明电极作为底电极制备钙钛矿太阳电池。结合X-射线衍射、扫描电子显微镜、瞬态光电压/光电流衰减谱、电化学阻抗谱等技术,研究了金属镍电镀、ITO溅射对器件光电转换性能的影响规律。发现金属镍电镀能够有效保护银纳米线,避免被钙钛矿材料腐蚀,改善界面电荷传输,抑制界面复合。光电转换性能测试表明,镍电镀处理的器件获得了18.37%的光电转换效率,且具有良好的储存稳定性。器件T寿命(效率衰减至初始80%的时间)为432 h,在同类器件中具有显著优势。此外,采用塑料为基底制备了柔性银纳米线复合透明电极,并应用于柔性钙钛矿太阳电池制备,获得了9.21%的光电转换效率。本论文为银纳米线透明电极防腐处理,及在钙钛矿光电器件中的应用提供了新思路,有利于助推实际应用。本论文包含图59幅,表5个,参考文献172篇。

关键词：银纳米线透明电极电镀防腐钙钛矿太阳电池稳定性

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银纳米线的合成及其复合电极的光电性能研究

银纳米线的合成及其复合电极的光电性能研究

作者：周锦涛杭州电子科技大学

学位级别：硕士

进入5G时代以来,柔性电子行业进入了高速发展的道路,人们对柔性电子器件的需求日益增加,随之电极材料的发展也受到了广泛的关注。银纳米线作为新一代电极材料,具有优异的电学性能和光学性能,相较于传统导电薄膜材料ITO,银纳米线电极具... 详细信息

进入5G时代以来,柔性电子行业进入了高速发展的道路,人们对柔性电子器件的需求日益增加,随之电极材料的发展也受到了广泛的关注。银纳米线作为新一代电极材料,具有优异的电学性能和光学性能,相较于传统导电薄膜材料ITO,银纳米线电极具有更佳的柔韧性和低成本的制备工艺,已经广泛应用于光伏、显示器、传感器等领域。本文针对银纳米线的合成展开了研究,成功制备了高长径比的银纳米线,并将其应用于透明导电电极,电极的光电性能与ITO相当。此外,对银纳米线复合透明导电电极展开了研究,将其进行了性能优化,为电极的应用提供了一定的参考。首先,采用多元醇法制备银纳米线,探究了合成过程中反应时间、反应温度、PVP与AgNO浓度比对产物的影响。优化影响因素后,成功制备了长度约为10-30μm,直径约为80-100 nm的银纳米线,并将其应用于透明导电电极,获得了透过率为84%,方阻为28Ω/sq的具有较好光电性能的电极。其次,对多元醇法进行优化,采用混合PVP体系展开合成研究,并引入Br控制产物直径。探究了Cl与Br浓度比在混合PVP体系中对产物的影响,并进一步研究了Cl与Br在混合PVP体系中的协同作用以及银纳米线的生长机理。优化合成方法后,成功制备出平均直径为67 nm,平均长度为35.73μm的形貌均一的高产银纳米线。此外,将合成的银纳米线应用于透明导电电极,获得了透过率为83.95%,方阻为22.38Ω/sq,品质因子可达193的高性能导电薄膜。最后,研究了三种不同材料对银纳米线透明导电电极的界面修饰作用。通过不同的旋涂转速,分别制备了AgNWs/ZnO、AgNWs/PH1000、AgNWs/AEM-P100三种复合透明导电电极,探究了复合电极的光电性能和薄膜形貌。研究表明,三种复合材料都能显著降低银纳米线电极的表面粗糙度,并且AgNWs/AEM-P100复合电极提高了电极的透过率。表明复合电极可以优化银纳米线电极,为其作为底电极应用于电子器件打下一定的基础。

关键词：透明导电电极银纳米线多元醇法混合PVP 复合

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银纳米线透明柔性导电膜的可控制备及其应用

银纳米线透明柔性导电膜的可控制备及其应用

作者：邸永跃江南大学

学位级别：硕士

透明柔性导电膜是柔性光电器件中的核心部件之一,具有重要作用,其光电性能也直接影响柔性电子器件性能。而银纳米线(Ag NWs)透明柔性导电膜具有较好的机械柔韧性、高导电性以及高透光性等,因此是未来柔性电子领域最具有潜力的薄膜导电... 详细信息

透明柔性导电膜是柔性光电器件中的核心部件之一,具有重要作用,其光电性能也直接影响柔性电子器件性能。而银纳米线(Ag NWs)透明柔性导电膜具有较好的机械柔韧性、高导电性以及高透光性等,因此是未来柔性电子领域最具有潜力的薄膜导电材料。但目前Ag NWs大范围应用仍面临粘附性差、成膜不均匀以及缺乏足够好的光电性能等问题。由此,本课题优化了多元醇合成法制备Ag NWs,并利用增稠剂调节Ag NWs油墨,适应不同涂膜方式,以及改进其与基底的粘附性。提出新的偏心旋涂法对Ag NWs进行有序性成膜,使得Ag NWs导电膜光电性能得到提高,并采用丝网印刷和卷对卷狭缝涂布的方式制备大面积透明柔性导电膜,最后利用Ag NWs透明柔性导电膜制备柔性发光显示器件,并对器件性能进一步分析。主要研究内容如下:(1)多元醇合成法制备Ag NWs。通过对合成实验中的反应条件及参量进行优化,最终合成出长度约为130μm、直径约为90nm以及长径比高达1500的Ag NWs,产率高达83.4%,且Ag NWs的PVP包裹层较薄,厚度仅为2.709nm。(2)嵌入式Ag NWs透明柔性导电膜制备。通过提出新的偏心旋涂法工艺对Ag NWs进行有序性成膜,最终得到表面电阻与透光率分别为16.4Ω/sq和93.7%的网格状Ag NWs导电膜,再利用聚乙烯醇(PVA)将Ag NWs嵌入其中,制备出嵌入式PVA@Ag NWs透明柔性导电膜,其表面电阻与透光率分别为18.6Ω/sq和85.5%,且具有较好的粘附性以及较低的表面粗糙度。(3)大面积Ag NWs透明柔性导电膜制备。利用羟丙基甲基纤维素(HPMC)增稠的作用调节Ag NWs油墨粘度,使用丝网印刷和卷对卷狭缝涂布印刷制备Ag NWs透明柔性导电膜,在HPMC含量为0.4wt%时,调配的Ag NWs油墨性能较好,并制备出表面电阻为36.4Ω/sq和透光率为93.6%的大面积透明柔性导电膜,且HPMC黏膜能起到增强Ag NWs粘附性的作用。(4)柔性发光显示器件制备。利用嵌入式PVA@Ag NWs透明柔性导电膜制备了柔性电致变色器件,并利用PAAm-Li BF凝胶电解质替代顶部电极简化电致变色器件结构,提高了器件整体7.7%的透光率,并且在Li BF浓度为1.0mol/L以及PEDOT:PSS电致变色层厚度为1.49μm时,柔性电致变色器件具有最高43.9%的光学对比度。此外,还通过大面积Ag NWs透明柔性导电膜制备了柔性热致变色器件与柔性电致发光器件,三种显示器件分别具有不同特性显示效果。

关键词：银纳米线透明导电膜凝胶电解质柔性电致变色器件柔性电致发光器件

银纳米线柔性电极及其有机太阳能电池柔性器件的制备及光伏性能研究

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银纳米线柔性电极及其有机太阳能电池柔性器件的制备及光伏性能研...

作者：梁欣青岛大学

学位级别：硕士

有机太阳能电池(Organic Solar Cells,OSCs),有着质量轻、成本低的优势,而且可以将溶液加工与卷对卷工艺结合来制备大面积柔性器件,因此受到研究者们的广泛关注,成为光伏领域中的研究热点。经过几十年的研究发展,对OSCs的工作机理有了... 详细信息

有机太阳能电池(Organic Solar Cells,OSCs),有着质量轻、成本低的优势,而且可以将溶液加工与卷对卷工艺结合来制备大面积柔性器件,因此受到研究者们的广泛关注,成为光伏领域中的研究热点。经过几十年的研究发展,对OSCs的工作机理有了更深的理解,制备工艺也得到了进一步的完善,目前单节OSCs的能量转换效率已经突破了18%,显示出了广阔的应用前景。通过前人的工作可以了解到,柔性电极材料是制备便携式可穿戴电子器件和柔性太阳能电池器件的关键。然而,传统的透明电极氧化铟锡(ITO)易脆、制备成本高、需高温制备和不稳定的属性限制其在柔性电极中的应用。因此,寻找性能优异的新型柔性透明电极和优化制备工艺是当前柔性光电器件的研究重点。此论文着重探究基于银纳米线(Silver nanowires,Ag NWs)的柔性透明电极与有机太阳能电池器件工艺的优化,来改善柔性有机太阳能电池(Flexible Organic Solar Cells,FOSCs)的光电转化效率和柔韧性。本文从Ag NWs电极的优化到和FOSCs器件的制备和优化方法等方面展开研究,主要包括以下内容:(1)针对银纳米线制备过程产率不高、银纳米线尺寸分布不均匀、杂质难以去除等问题,提出了一种温和、简便、高效的Ag NWs制备方法。最终得到了具有有高长径比(～1000)、均匀的尺寸分布(直径～20 nm)的Ag NWs和透过率高达80%、方阻低至13Ω/sq的PET/Ag NWs柔性电极。(2)探索柔性有机太阳能电池器件透明电极的可行性方案,包括基底材料的选择、电极的制备和优化。选用了生物质细菌纤维素膜(bacterial cellulose,BC)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)作为柔性电极的衬底,制备了PET/Ag NWs/PVA和BC/Ag NWs/PVA两种柔性导电衬底。PET/Ag NWs/PVA电极显示出18.4Ω的较低方阻、在300-800nm波长范围内75%以上的透过率、低的粗糙度和良好的稳定性,为FOSCs提供了一种柔性导电衬底。BC/Ag NWs/PVA电极材料表现出极低的方阻(0.4Ω/sq)、较低的粗糙度、出色的亲肤性和优异的稳定性,是可穿戴电子器件的一种理想电极材料。(3)完成柔性有机太阳能电池器件的制备,通过不断优化柔性衬底和器件的制备工艺,最终PBB-TSD:Y6体系柔性器件获得5.04%的光电转化效率,0.61 V的开路电压,19.99 m A cm的短路电流密度和40.90%的填充因子。柔性器件的效率达到PBB-TSD:Y6体系刚性器件效率(6.04%)的83.4%左右,基于BC/Ag NWs/PVA电极的柔性器件可以在一定程度上代替刚性器件。

关键词：银纳米线柔性有机太阳能电池

定向排列的银纳米线透明导电薄膜制备技术研究进展

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中国陶瓷 2022年第1期58卷 7-15页

作者：胡方胡跃辉陈义川高皓朱文均刘辉文高友良景德镇陶瓷大学机械电子工程学院景德镇333403

由于AgNWs具有优异的导电性,透光性以及柔韧性所以在替代成本高昂和资源较少的ITO薄膜上具有广阔前景。然而,由于涂布在透明基片上的AgNWs呈现不均匀分布以及在退火处理的过程中会出现咖啡环效应,使得薄膜的方块电阻不均匀;另外,由于电... 详细信息

由于AgNWs具有优异的导电性,透光性以及柔韧性所以在替代成本高昂和资源较少的ITO薄膜上具有广阔前景。然而,由于涂布在透明基片上的AgNWs呈现不均匀分布以及在退火处理的过程中会出现咖啡环效应,使得薄膜的方块电阻不均匀;另外,由于电学性能的不均匀,会引起电迁移和电致焦耳热不均匀,造成透明导电薄膜局部银纳米线的熔断。为了解决银纳米线的分布不均匀问题,有研究人员提出了定向排布银纳米线的思路。目前,定向排布AgNWs的方法主要有:丝网印刷、光刻法、电流体喷射印刷法、水浴提拉、微流体定向、定向搅拌等方法。本文主要介绍这五种方法的原理及研究进展,简单分析了目前制备过程中仍然存在的一些问题,并对其未来的发展方向与应用前景进行了展望。

关键词：定向排布银纳米线薄膜制备技术

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基于扁针头直写的银纳米线排列及图案化方法

固体电子学研究与进展 2022年第4期42卷 335-340页

作者：李峥田志明蔡滕李若舟于映方玉明集成电路科学与工程学院南京邮电大学南京210023 射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室南京邮电大学南京210023

银纳米线(AgNW)的有序排列是提升薄膜光电特性的有效手段,然而传统的排列方法通常都忽略了图案化且有序排列的AgNW薄膜的制造。本文基于直写技术,提出了一种一步AgNW排列及薄膜图案化方法。利用AgNW分散液在精细扁针头中流动时抛物线型... 详细信息

银纳米线(AgNW)的有序排列是提升薄膜光电特性的有效手段,然而传统的排列方法通常都忽略了图案化且有序排列的AgNW薄膜的制造。本文基于直写技术,提出了一种一步AgNW排列及薄膜图案化方法。利用AgNW分散液在精细扁针头中流动时抛物线型的速度分布,使AgNW在针头中排列,随后通过直写,实现有序排列的AgNW在衬底上的沉积以及快速图案化。本研究制备的薄膜半峰宽低至6.87°,线宽范围为1.5~3.0 mm,具有各向异性的光电特性,且相对于随机排列的AgNW薄膜,光电性能也得到有效提升(方块电阻为22.5Ω/时,550 nm处的透光率为87.6%)。

关键词：银纳米线透明导电薄膜有序排列图案化

银纳米线/PEDOT:PSS复合透明电极制备及其性能研究

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银纳米线/PEDOT:PSS复合透明电极制备及其性能研究

作者：汪勇顺武汉理工大学

学位级别：硕士

随着电子设备的发展,传统的集成在硅基板上的刚性电子产品已经不能满足人们的生活需要。近年来,电子器件的柔性化已成为下一代电子设备的发展趋势。柔性电子以其独特的柔韧性和延展性、高效低成本的制造工艺在信息、能源、医疗、国防等... 详细信息

随着电子设备的发展,传统的集成在硅基板上的刚性电子产品已经不能满足人们的生活需要。近年来,电子器件的柔性化已成为下一代电子设备的发展趋势。柔性电子以其独特的柔韧性和延展性、高效低成本的制造工艺在信息、能源、医疗、国防等领域有着广阔的应用前景。柔性电子的基础便是柔性电极,柔性电极也是制约柔性电子器件发展的关键因素之一。氧化铟锡(ITO)是一种具有代表性的透明电极,广泛应用于各种器件,具有优良的导电性和稳定性。然而,较差的力学性能和原材料的缺乏限制了ITO的应用。因此,开发高电导率的柔性透明电极迫在眉睫。银纳米线(AgNWs)电极具有优异的导电性和较高的可见光透过率。但是其附着力和柔韧性有待提高,需要与其他二维导电材料(聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS))复合以提高其柔韧性和在基底上的附着力。本文使用超快激光处理AgNWs/PEDOT:PSS复合电极,制备出高导柔性透明电极。AgNWs/PEDOT:PSS激光处理复合电极结合了金属和聚合物的优点,不仅具有良好的柔韧性和易加工性,而且具有优异的导电性和可见光透过率。本论文的主要研究内容与结论如下:(1)通过调节喷涂的工艺及条件,在聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底上制备出品质因子(FOM)为161的AgNWs电极,此时薄膜在550 nm波长处透过为85.1%,薄膜方阻为13.9Ωsq。并对其力学性能进行了测试,在弯折半径为10 mm时,弯折1000次后,PDMS/AgNWs电极方阻的增加率为49%。(2)使用超快激光加工处理PEDOT:PSS薄膜,对激光处理的功率、扫描速度和填充间距进行了研究。PEDOT:PSS的电导率提高了3个数量级,达到1226 S cm,透过率高达89.2%(550 nm),FOM为47.1。选择低功率(6 W)、中功率(7 W)和高功率(8 W)三种不同的激光处理功率,探索激光处理提高薄膜导电性的机理。研究发现,超快激光作用于PEDOT:PSS薄膜表面,一方面会提高PEDOT的氧化程度,从而导致载流子浓度的增加。另一方面,它会降低表面PSS含量,增加载流子迁移率。这两个因素的共同作用导致了电导率的增加。(3)在PDMS基底上制备了超快激光加工处理的AgNWs/PEDOT:PSS电极,复合电极的方阻为24.1Ωsq(未复合时,AgNWs电极方阻为25.2Ωsq),在波长为550 nm时的透过率为81.5%,FOM为73。激光处理的复合电极在PDMS上的附着力相比于AgNWs大大提高。在3M胶带剥离测试100次后,电学性能基本不变。激光处理的复合电极相比于单纯的AgNWs电极的柔韧性大大提高。在弯折半径为10 mm时弯折10000次,其方阻增加率仅仅为12%。在弯曲半径为4 mm的弯曲状态时,电阻增加率为30%,且经过100次测试,不同弯曲半径下对应的电阻值与第1次基本一致。在拉伸率为30%时,其方阻增加率仅仅为70%,且经过100次测试,不同伸长率下对应的电阻值与第1次基本一致。

关键词：激光加工柔性透明电极银纳米线聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)