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 研究人員已經(jīng)展示了一種基于納米銀的新型透明導(dǎo)電電極膜的大規(guī)模制造。智能手機觸摸屏和平板電視使用透明電極來檢測觸摸并快速切換每個像素的顏色。由于銀比現(xiàn)在用于制造這些電極的材料脆性小，耐化學(xué)性強，所以這種新型薄膜可以提供高性能和長壽命，適用于柔性屏幕和電子設(shè)備。銀基薄膜還可以使柔性太陽能電池安裝在窗戶，屋頂甚至個人設(shè)備上。

在“Optical Materials Express”雜志（文章：“大型納米結(jié)構(gòu)貴金屬薄膜的透明導(dǎo)電電極”）中，研究人員報告了在直徑10cm的玻璃圓片上制造透明導(dǎo)電薄膜。基于與實驗測量結(jié)果相吻合的理論估算，他們計算出，薄膜電極的性能明顯優(yōu)于現(xiàn)有的柔性顯示器和觸摸屏的性能。

研究人員使用了名為“膠體光刻”的方法來創(chuàng)建銀納米圖案，該圖案在透過孔洞的同時傳導(dǎo)電力。新的透明電極薄膜可用于太陽能電池以及柔性顯示器和觸摸屏領(lǐng)域。 圖片來源：南丹麥大學(xué)的Jes Linnet提供

該論文的第一作者，來自南丹麥大學(xué)的Jes Linnet說：“我們用于制造這種透明導(dǎo)電電極膜的方法具有高度的可重復(fù)性，并且在透明性和導(dǎo)電性之間進行了可調(diào)節(jié)的權(quán)衡，從而形成了一種化學(xué)穩(wěn)定的構(gòu)型。這意味著如果器件需要更高的透明度而導(dǎo)電率較低，則可以通過改變薄膜厚度來制作符合需求的薄膜。”

可供選擇的多種制造材料

今天的大多數(shù)透明電極都是由氧化銦錫（ITO）制成的，它可以表現(xiàn)出高達(dá)92％的透明度，其透明度可與玻璃相媲美。雖然ITO薄膜高度透明，但I(xiàn)TO薄膜必須仔細(xì)加工才能達(dá)到可重復(fù)的性能，并且由于其太脆而不能用于柔性電子設(shè)備或顯示器中。由于這些缺點，研究人員正在尋求ITO的替代品。

貴金屬（如金，銀和鉑）的抗腐蝕性使其成為有希望的ITO替代品，可用于制造可與柔性基材一起使用的耐用耐化學(xué)電極。然而，迄今為止，貴金屬透明導(dǎo)電薄膜已經(jīng)具有高的表面粗糙度，這會發(fā)生膜與其他層之間的界面不平坦的情況，從而降低性能。

該掃描電子顯微鏡圖像顯示了沉積在塑料納米顆粒上的銀薄膜。溶解顆粒會留下精確的蜂窩狀孔洞圖案，允許光線通過，從而產(chǎn)生了具有導(dǎo)電性能且光學(xué)透明的薄膜。

透明導(dǎo)電膜也可以使用碳納米管制成，但是這些薄膜目前對于所有應(yīng)用來講都不具備足夠高的電導(dǎo)率，并且由于納米管彼此堆疊，也容易受到表面粗糙度的影響。

在這項新的研究中，研究人員使用了一種名為“膠體光刻”的方法來制造透明導(dǎo)電銀薄膜。他們首先通過用單層均勻大小的密排塑料納米顆粒涂覆10cm的晶片來創(chuàng)建掩模層或模板。研究人員將這些涂有涂層的晶片放入等離子烘箱中，以均勻收縮所有顆粒的尺寸。當(dāng)它們在掩模層上沉積一層銀薄膜時，銀進入顆粒之間的空間。然后他們?nèi)芙忸w粒，留下了精確的蜂窩狀孔洞圖案，允許光線通過，從而產(chǎn)生了具有導(dǎo)電性能且光學(xué)透明的薄膜。

平衡透明度和導(dǎo)電性

研究人員證明，他們的大規(guī)模制造方法可用于制造透明度高達(dá)80％的銀透明電極，同時將薄膜的電阻保持在每平方10Ω以下，約為基于具有同等透明度的碳納米管膜報道的數(shù)值的十分之一。電阻越低，電極在傳導(dǎo)電荷時就越好。

研究人員使用膠體光刻技術(shù)來制造透明導(dǎo)電薄膜。（a）制造過程的示意圖。（b）銀沉積后的單個納米孔沉積并溶解塑料顆粒。比例尺：200nm。（c）沉積的銀薄膜在均勻顆粒單層上的低倍顯微照片，顯示出大規(guī)模制造的可行性。比例尺：50μm。（d）旋涂后在基底上的單層微粒和在等離子烘箱中短時間（60秒）后：比例尺：2μm。 （e）在等離子烘箱中長時間（3分鐘）后的顆粒單層，表明即使在顯著減小尺寸之后原始顆粒位置仍然被保留。比例尺：10μm。

Linnet說：“我們工作中最新穎的一點是，我們利用與測量結(jié)果有很好的相關(guān)性的理論分析來考慮這種薄膜的傳輸特性和電導(dǎo)特性。制造問題通常會使新材料難以獲得最佳的理論性能。我們決定報告我們在實驗中遇到的情況，并假設(shè)補救措施，以便將來其他科學(xué)家可以使用這些信息來避免或減少可能影響性能的情況。”

研究人員表示，他們的研究結(jié)果表明，膠體光刻技術(shù)可用于制造化學(xué)穩(wěn)定的透明導(dǎo)電薄膜，這種透明導(dǎo)電薄膜可用于各種應(yīng)用中。