【强担当 创业绩】天津科技大学在透明可拉伸电极领域研究取得新进展

近日，天津科技大学轻工科学与工程学院教师刘阳及其合作者，针对银纳米线材料应用于透明可拉伸电极领域所面临的问题和挑战进行了研究，相关论文以题为“Tailoring Silver Nanowire Nanocomposite Interfaces to Achieve Superior Stretchability, Durability, and Stability in Transparent Conductors”发表在材料领域顶级期刊《Nano Letters》，该论文第一作者为学校教师刘阳，天津科技大学为第一作者和通讯作者单位。

图1.界面修饰的设计策略。(a)银纳米线和聚氨酯之间界面的不匹配示意图;

(c)界面修饰的策略;(b)，(d)银纳米线/PU基底和修饰后的银纳米线/PU基底在30%应变下的应力分布模拟结果。

在透明可拉伸电子器件中，透明可拉伸电极有着至关重要的作用。银纳米线由于其优异的导电性和大长径比，适合用于制备透明可拉伸电极。但是由于刚性银纳米线与柔性基底的模量相差巨大，导致界面相容性差，限制其拉伸性和耐久性。

图2. (a) 银纳米线/玻璃基底, 银纳米线-BACA/玻璃基底, 银纳米线/PU基底和银纳米线-BACA/PU基底的光电性能;(b) 银纳米线/PU基底和银纳米线-BACA/PU基底透明可拉伸电极的应变与方块电阻之间的关系;(c) 银纳米线/PU基底和银纳米线-BACA/PU基底在未拉伸状态和50%拉伸状态下的扫描电镜图; (d-e)银纳米线-BACA/PU基底在不同应变速度和不同应变大小下电阻的变化;(f-g) 银纳米线/PU基底和银纳米线-BACA/PU基底的循环稳定性;(h) 与其他透明可拉伸电极性能的比较。

图3. 银纳米线-BACA/PU基底透明可拉伸电极和银纳米线-BACA/玻璃基底的抗腐蚀性能对比(a，d，g)及扫描照片(b，c，e，f，h，i)。

图4. 基于银纳米线-BACA/PU基底透明可拉伸电极的4×4阵列距离传感器(a)照片;(b)示意图;(c)不同拉伸状态下性能;(d)对于手部靠近的探测。基于银纳米线-BACA/PU基底透明可拉伸电极的发光器件(e)示意图;(f)在不同拉伸状态下的照片。

作者提出了一种界面修饰的策略：通过纳米导电材料与基底的界面修饰，制造具有优异拉伸性、耐久性和稳定性的透明可拉伸电极。通过使用含有巯基的化合物N,N'-双(丙烯酰)胱胺(BACA)修饰银纳米线，在银硫配位作用下，BACA可在银纳米线表面形成一层保护层提高其抗腐蚀性。此外，BACA的末端双键还可与柔性基底发生相互作用，有效缓解应力的集中。该论文报道的基于银纳米线的透明可拉伸电极具有优异的拉伸性能(160%)，良好的耐久性(在50%应变下可循环230,000次)，出色的光电性能(透明度为86.5%时方块电阻为18.0 ohm·sq−1)和对外界环境的抗腐蚀稳定性。

该研究工作得到了国家自然科学基金和天津市自然科学基金项目的资助与支持。

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