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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(jī)觸摸屏和平板電視使用透明電極來檢測(cè)觸摸并快速切換每個(gè)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(qiáng)，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(gè)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(bào)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(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果相吻合的理論估算，他們計(jì)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(shí)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(jìn)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(diǎn)，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(huì)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(huì)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(duì)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(xiàng)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?cè)谘谀由铣练e一層銀薄膜時(shí)，銀進(jìn)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(shí)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(bào)道的數(shù)值的十分之一。電阻越低，電極在傳導(dǎo)電荷時(shí)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(gè)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(shí)間（60秒）后：比例尺：2μm。 （e）在等離子烘箱中長時(shí)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(diǎn)是，我們利用與測(cè)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(huì)使新材料難以獲得最佳的理論性能。我們決定報(bào)告我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中遇到的情況，并假設(shè)補(bǔ)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。