基于金属纳米槽网格的透明电极的研究

第一篇：基于金属纳米槽网格的透明电极的研究

基于金属纳米槽网格的透明电极研究

透明导电电极是许多柔韧性的光电设备的重要组件，包括触屏和电子交换机。铟锡氧化物薄膜——是典型的透明电极材料——表现了优越的电学行为，但是，薄膜易碎，且有低的红外线透光度和较低的材料储备，这使得它在现实工业上的应用受到阻碍。最近发布的一些报道，例如导电聚合物，碳纳米管和石墨烯都可以替代它。然而，尽管这样会使它的柔韧性显著提高，但是以碳为基体的材料的光电性能所表现的低导电性给了它很大的局限性。其他的一些例子包括金属基纳米电极能够达到在90%的透光率下，薄膜电阻可以小于10Ω，这是由于金属高的导电性造成的。为了达到这些性能，金属纳米线必须无缺陷，导电性接近他们在容量上的的值，使线与线的连接点的数量尽可能的小，呈现出小的连接电阻。这里我们提出一个简单地制作过程，根据我们全部的需求来制造一种新的具有优良光电子性能（2Ω的薄膜电阻，90%的透光率）和在拉伸与弯曲作用下保持良好的机械柔韧性的透明导电电极。这种电极是由独立的金属纳米槽网络组成以及被生产要通过静电纺丝和金属沉积的过程。我通过制作一个柔韧性好的触摸屏和一个透明导电胶带的方式来证明透明导电电极在实际中的应用。

用扫描电子显微镜（SEM）来表征纳米槽的微观结构。图1b是了纳米槽网格的典型结构，在这种情况下，一个均匀的相互缠结的金纳米网格网状物的宽度达到400纳米，长度超过1毫米。在金属沉积物中，独特的纳米网格在它们的结点位置自然地相互联结在一起是很重要的（如图1b）。合成的纳米槽的SEM图像证实了聚合物纤维模板得到了充分的变形，通过凹截面清除固体带状物。水槽的厚度是80纳米左右，通过改变金属沉积的时间来获取不同的槽的厚度。每个水槽平均宽度406nm（如图S6），并能通过用静电纺丝的手段控制聚合物纤维模板的直径来完成调整。图一展示了金纳米槽成功附着在不同表面，这些表面包括载玻片，PET塑料制品，纸，纺织品和曲面玻璃烧瓶，它们全部没有表面处理，也没有制作全部的表面高传导（图1d，如图s9）。纳米槽很牢固的吸附在基底上，且不能被胶带剥落（添加影片S1）。

超过80nm的金属薄膜通常具有低的透明度，但是金属纳米槽具有高的透明度（如图S10）。图2a将各种表面电阻Rs以玻璃为基片的金属纳米槽电极的透明度进行划分。铜，金和银纳米槽在90%的透光率下的电阻值分别为2.8Ω和10Ω。铜纳米槽网格表现出最好的性能——透光率为90%2的电阻为20Ω，95%时为10Ω，以及97%时电阻为17Ω——这一性能可以与最先进的ITO相媲美，而且优于其他透明导电电极，例如那些以石墨烯，碳纳米管为基体的薄膜，可溶解加工的银纳米线或铜纳米线以及金属网络、薄的金属片和导电聚合物。

（图1 纳米槽的制造和的转移过程。a，聚合物纳米线模板制造纳米槽过程的原理图。聚合物纳米线模板通过静电纺丝，选择优质材料，用标准薄膜沉积技术来进行涂层。纤维涂层通过固体基片被转移。基片随后被浸在水或者有机溶剂用以清除聚合物纤维模板。b，金纳米槽网格和两个纳米槽的连接点的SEM图。c，独立的金纳米槽的SEM横截面图片展示了凹形形状d，金纳米槽网格能够简单的转移到各种基体上，包括玻璃载片，PET塑料，纸，纺织品和曲面玻璃烧瓶（从左往右））

纳米槽电极的这种卓越的性能归因于以下几种重要因素。首先，金属纳米槽是由用一个标准的沉积薄膜工艺生产出来的，沉积工艺生产了高质量的金属。例如，一个单独的金纳米槽有2.2×105Scm-1 的电导率（通过四点探针来衡量），这个可以与他的多晶容量值相比（4.1×105Scm-1）（图2b，以及图S12和S13）。相对于与他们的大部分同类物品相比，纳米结构的金属通常有更低的导电性的这个数据是很重要的，在合成期间也许由于杂质的生成，减少了结晶质量，在表面有污垢或表面活性剂，以及电子散射。例如单晶的银纳米线的导电性大约低于多晶的十倍。相反的，我们的纳米槽展现的电导率接近多晶的一半，可能是由于蒸发造成的结果，生产了清洁和高质量的金属。

第二，纳米槽形成了高度均匀、相互联结的网格状。这些纳米槽电极的特性由渗透理论描述出来（如图S11）。这些纳米槽网格需要有特殊的过滤参数来完成高性能透明导电电极（如表S1）。它表明过滤参数主要依赖于网格的均匀性。改进方案之所以能够被观察归因于网格在空间上的一致性，这个网格是通过静电纺丝的方法均匀分布在聚合物纳米线模板上完成的。纳米槽网格的这种互相联结的结构也避免产生了大量的连接电阻，金属纳米线网格中的普通障碍物。

第三，纳米槽的凹形减少了电磁的横截面，相对于平的纳米条允许了更多的可见光通过。（如图S15）金属纳米槽网格表现出了一个从300nm到2000nm的透明光谱（图2c，如图S16）。一些光电设备通过一些额外的彩色修正部件得到令人满意的宽频光谱，使红外传感器和侦测器的应用成为可能，以及能够通过利用红外光谱提高太阳能电池的效率（常见的ITO导体变得几乎不透明）。

化学稳定性是透明导电的另一个需要我们注意的重点。附加图S17展示了各种金属纳米槽网格在受到高温和湿度的影响时电阻的改变。通过表面钝化使化学稳定性提高，以及证明我们之前对铜纳米线做的研究。纳米槽的钝化已经超出了我们当前的研究范围，它将成为未来的研究课题。

我们的金属纳米槽网格是可以弯曲的，且能伸展、能折叠。为了检测他们的机械性能，我们将纳米网格转移到178μm厚的PET基片上，弯曲这个薄膜达到2mm的半径范围或者弯曲2000次，使薄膜厚度达到20mm。弯曲之后再次测试这个透明电极，我们没有发现导电性有显著的衰减。但是与此相反的是ITO薄膜在弯曲小于50毫米，或者弯曲20毫米超过20次之后导电性有严重的衰减。透明电极的延展性通过转移纳米槽网格纤维底片来检测，而不是表面活化。在单向拉伸产生50%的应变时薄膜的电阻增加了40%，它可以与碳纳米基的透明弹性导体的性能相比，而且在很大程度上对于相似厚度的金属薄膜在电阻上还有很显著的增加。

将纳米槽网格转移到了纸上来测试其在极端条件下的机械性能。把电极压碎然后展开在纸上，我们发现电极仍保持导电性，且在电阻上仅仅发生了有限的改变（如图3a，以及S18）。这个机械学上的原理是，在折叠期间纳米槽仍保持连续，经过纳米级变形来缓和外部压力。而且从SEM图中可以看出，独立的金属纳米槽网格能够折叠而不会破损。这些耐用的纳米槽网格也能够转移到商业的透明胶带上去，可以生产透明导电胶带。这个透明导电胶带能够很容易的黏住材料表面，且不需要表面处理而使材料表面导电。这个新的技术也许能简单地用运在光电设备集成上，也可以扩大透明导电电极应用的领域。

由于金属纳米槽电极的一些优势，包括容易制作，不需要转移，高的透明度和良好的柔韧性，因此这些电极也能够应用在实际的光电设备上。事实上，我们已经展示了一个高性能的纳米槽，并与有抵抗性的触摸屏装置合为一体。这个装置的操作展示在动画S3。

最后，连续的金属纳米槽独特的凹形和纳米级尺寸也可以引起一些光学特性。为了理解入射光扫描和纳米槽之间的作用关系，我们用数字解决麦克斯韦方程，并获得纳米槽周围光强度的拟域分布。我们的仿真预言了局部“光集中”现象与结构有关，在金属纳米槽附近有效的聚合了光。对于横向磁场极化，扫描强度几乎是表面离子效应环绕功能区内部的七倍。有趣的是，横断面电子极化，甚至没有表面离子效应，纳米槽仍然能够提供一个有效的的轻聚合效果，包括通过中心6.5处的因素使扫描强度加强。这是由于功能区独特的横截面，宏观水槽反光镜的活动是为了获取中心扫描强度的最大值。这种独特的局部光聚合效应在一些光电子的应用上是有希望的，包括太阳能电池，太阳能燃料，光辅助局部化学反应以及光量传感器等。

总之，我们发现金属纳米槽透明导电电极表现出卓越的光电子性能（对比同等级的ITO）和优越的机械性能（能够忍受巨大的弯曲和拉伸应力）。它们的合成是基于标准的静电纺丝和金属沉积技术，能够简易的合成并能被人们容易接受。这样的金属纳米槽电极能够取代ITO，它可以广泛的应用在太阳能电池，触摸传感器以及平板显示器，还可以用于一些新型的应用领域例如柔韧电子和皮肤传感器。

方法：

纳米槽的制作：高分子纳米纤维模板通过静电纺丝合成，低成本和高质量制备连续超长的纳米纤维是一项卓越的技术。可溶于水的聚合物包括PVA和PVP，被用作原材料来生产自然可降解的聚合物模板。前驱体溶液是通过将聚合粉添加到去离子水中，然后加热到80℃保持10小时来制备的。

15kv的电压被用到高电压源的溶液。独立的纤维逐步形成一个网格，收集在铜的框架上。纳米纤维的密度通过改变静电纺丝的时间来控制。金属纳米槽通过铬、金、铜、银和铝、白金和镍的电子束蒸发来形成一个1×10-6Pa的底面压力。对于应用在透明电极的金属纳米槽网格，在一个恒定的10nm厚度的地方放了全部的金属，除非有其他说明。在蒸发期间式样的温度维持在60℃以下。硅和ITO纳米槽的产生是基于125W的低功率和5托的压力电磁喷射而产生的。值得注意的是纳米槽的质量会受到聚合物模板的选择的影响。因此，PVP纳米纤维模板通过金，铂，硅和ITO的纳米槽来选择，然而PVA纳米纤维模板被用在铜，银和铝上。（蒸镀是将待成膜的物质置于真空中进行蒸发或升华，使之在工件或基片表面析出的过程。）

对于光学和电学的的描述。这个薄膜的电阻用四点探针装配的万用表来测量，以便排除接触电阻。纳米槽的导电性是用一个独立的纳米槽装置来决定的。对导电网格用乙醇进行超声处理，以形成悬浮的单个的纳米槽。纳米槽浇铸到氧化硅基体上，并且用标准的电子束影印和铬或金的热蒸发的手段将图案印到装置上。纳米槽装置用安捷伦科技公司B1500A半导体装置分析仪来进行测量。用石英钨卤族灯作为光源来测量透光率，外加单色仪来控制波长。虹膜和凸透镜用来聚焦光线到1mm×2mm，而且分束器将光线分离成完整的球面和光电二极管。为了强有力的校准光，将光电二极管与静电计相连。将样品放在积分球面上，因此球面光，漫射光和薄雾全部被包含进去。同一玻璃载片被用来参考。一个能量测算单位被用来衡量来自积分球的光电流，透射比基于参考平面的玻璃滑动来计算。因此，标准的透射比不包括玻璃基板的透射比。

触摸屏装置的制作。四线模拟触摸屏装置是由来自TVI电子工业重装的。用一个PET薄膜和ITO玻璃块的ITO电极组成2.8英寸的一个装置，通过聚合物垫片方格来隔开。在重建装置中，ITO和PET薄膜被一个178μm厚的PET的金纳米槽网格所代替。为了制备金纳米槽透明导电电极原件，金纳米槽网格被移动到PET基片，然后用具有塑料硬膜的400nm厚的铜线对其进行图案装饰。铜电路允许金纳米槽电极与商业的控制器结合，而且它与计算机形成界面。三明治结构的装置最终被双面胶带密封了。测试的软件也是由商家提供。

图1为聚合物纳米纤维模板制备纳米槽的原理图。聚合物纳米纤维模板第一次通过静电纺丝的方式来制备，然后涂上上等材料用标准的薄膜沉积技术。这个涂层纤维被转移到固体基片上。为了溶解掉聚合物纤维模板这个基片随后被浸在水里或者有机溶剂。

图2为金属纳米槽网络（左）和两个纳米槽的接点的顶视ＳＥＭ图片。

图３单壁金属纳米槽的横截面ＳＥＭ图片，展示了它的凹面形。

图４金属纳米槽网络能够很容易的转移到各种基片上，包括玻璃载片，ＰＥＴ塑料制品，纺织品和曲面玻璃烧瓶（如图从左向右）。

铜，金，银和铝纳米槽网络的表面电阻和透光率的对比，这可以通过渗透理论来描述。ITO，碳纳米管，石墨烯，银纳米线，银网格以及镀镍薄膜表现出的性能作对比。值得注意的是提到的透射比并不包括基片的透射比。

D，对在178微米厚的PET基体上涂抹ITO薄膜以及金纳米槽网格的透明电极组合在弯曲下电阻的变化。E，金纳米槽电极和ITO电极涂抹在PET薄膜上在10mm的半径范围上弯折不同次数对电阻的影响。F，对可伸展的透明电极包含涂在0.5mm厚的PDMS的基底上的金纳米槽网格进行拉伸来看对Rs的影响。金薄膜相对于纳米槽发生了很快的退化。

第二篇：纳米材料之电池电极材料

纳米材料之电池电极材料

锂离子电池及电极材料

锂离子电池纳米氧化钛UG20具有能量密度高，无记忆效应，环境友好，寿命长等优点。自1991年日本索尼公司率先将其商品化以来，发展迅速，市场范围不断扩大。仅十年时间，其全球产值已超过镍镉和镍氢电池的总和。锂离子电池已在很多领域有着重要的应用，如手机，笔记本电脑，摄像机等电子产品和交通工具中，见图3.21.用锂离子动力电池改装的叫车，每次充电后可运行约480KM；从零加速到每小时100KM只需16s；反复充放电可行程2*10五次方KM；用于航空航天领域的蓄电池要求具有可靠性高，低温性能好，循环寿命长，能量密度高和体积小等特点，而锂离子电池具备这些特点，并已成功的应用与活性着陆器和漫游器的系列探测任务。在军事方面，前线部队动力系统的能量密度的高低是横梁其作战能力的一项重要指标。锂离子电池纳米氧化钛UG20可用于先进潜艇，导弹，隐性飞机等武器装备的动力电源。

锂离子电池（纳米氧化钛UG20）的广泛应用加快了锂离子电池，尤其是锂离子电极材料的研究和发展。特别是近几年来，随着纳米材料的发展，纳米电极也被很广泛应用，为锂离子电池材料的研究开辟了一种全新的思路。事实证明，利用纳米电极材料可以极大的提高电池的可用容量和扩散速率。

公司：苏州优锆纳米材料有限公司

第三篇：石墨烯纳米银线金属网格对比分析

石墨烯/纳米银线/金属网格对比分析

OFweek显示网讯：从触摸屏产业链来讲，玻璃基板、Petfilm、胶材是产业上游的主要材料，而玻璃基板、Petfilm的供应被美日企业所垄断。ITO玻璃、ITOfilm、sensor（包含触控IC）、coverlens是中游部分，下游的就是触控模组一块。从近几年的触控材料研发上看，替代性材料的研发主要在上中游部分。

2013年，国内电容屏出货面积超过400万平方米，其中ITO导电玻璃需求量超过360万平方米，ITO PET导电膜需求量超过140万平方米。从触摸屏产业上游材料的成本分析，ITO材料占据40%左右。且随着触摸屏行业的发展，对ITO材料的需求将越来越大，作为稀有金属的铟，不但价格随之不断上涨，而且将会有告罄的危险，所以在此进行分析的烽烟四起的触控材料，主要为替代ITO的石墨烯、Metal Mesh和纳米银。

东莞市鑫聚光电科技有限公司董事长蔡文珍表示，三种材料中，纳米银线是唯一一个具有现实应用前景的。理论上，石墨烯的透光度及电阻性能都占优势，但是由于其制备过程工艺复杂，在设备改进、工艺优化等方面都预示在前期需要有巨大的投入。相信石墨烯在很长一段时间内都不具备量产的条件。

金属网格最主要的优势在于成本低且导电性佳，但为了达到足透的光穿透率，在线细化过程中必须拿掉95%～99%的触控感应面积，导致触控讯号降低20～100倍，现今触控IC难以支持；其二，为了让眼睛看不到，金属线宽必须小于5微米，使的其黄光显影制程或精密印刷技术费用高；此外，5微米金属线不断裂、解决金属反射问题、材料氧化等问题都让金属网格技术备受考验。在解决以上难题时，成本也会随之增加，届时Metal Mesh是否还具备成本优势是厂商必须考量的问题。

相比之下，纳米银线在工艺制程上就拥有得天独厚的优势：生产工艺简单、良率高。由于线宽较小，银线技术制成的导电薄膜相比于金属网格技术制成的薄膜可以达到更高的透光率。再次，纳米银线薄膜相比于金属网格薄膜具有较小的弯曲半径，且在弯曲时电阻变化率较小，应用在具有曲面显示的设备，例如智能手表，手环等上的时候，更具有优势。银纳米线除具有银优良的导电性之外，由于纳米级别的尺寸效应，还具有优异的透光性、耐曲挠性。此外由于银纳米线的大长径比效应，使其在导电胶、导热胶等方面的应用中也具有突出的优势。以鑫聚光电目前小批量生产的纳米银线产品为例，是利用研发出来的液体涂料，经过涂布机涂在基膜上，然后经过干燥、覆盖保护膜，成品的生产就完成了。而且，鑫聚光电拥有完善的LCD用光学膜产品生产线，纳米银线的部分制程与LCD用光学膜制程相似，因此，鑫聚产线拥有很大的通用性，大大减少了前期对于产线的投入，从而降低了产品成本。

第四篇：评析纳米银线与金属网格材料技术之优劣

评析纳米银线与金属网格材料技术之优劣

作者： 段晓辉教授 时间：2014-05-07 源于：北京大学信息科学技术学院 总点击：2756 【导读】：新材料技术应用可以从智能手机的常用面板尺寸一路延伸到20英寸以上的设备，而其阻值，延伸性，弯曲性均优于ITO薄膜。新材料技术在短时间内无法全面取代ITO薄膜，但新材料技术有巨大的优势，而且从市场反应上来看，应用新材料技术生产的薄膜产品所占的比重在逐年提高。

ITO，即掺锡氧化铟（Indium Tin Oxide）。它是液晶显示器（LCD）、等离子显示器（PDP）、电致发光显示器（EL/OLED）、触摸屏（Touch Panel）、太阳能电池以及其他电子仪表的透明电极最常用的薄膜材料。

未来移动终端、可穿戴设备、智能家电等产品，对触摸面板的有着强劲需求，同时随着触控面板大尺寸化、低价化，以及传统ITO薄膜不能用于可弯曲应用，导电性及透光率等本质问题不易克服等因素，众面板厂商纷纷开始研究ITO的替代品，包括纳米银线、金属网格、纳米碳管以及石墨烯等材料。

新材料技术应用可以从智能手机的常用面板尺寸一路延伸到20英寸以上的设备，而且其阻值，延伸性，弯曲性均优于ITO薄膜。虽然，新材料技术在短时间内无法全面取代ITO薄膜，但是新材料技术有着巨大的优势，而且从市场反应上来看，应用新材料技术生产的薄膜产品所占的比重在逐年提高。目前，石墨烯扔处于研发阶段，距离量产还有很远的距离。纳米碳管工业化量产技术尚未完善，其制成的薄膜产品导电性还不能达到普通ITO薄膜的水平。因而，从技术发展与市场应用综合评价，金属网格与纳米银线技术将是近期新兴触控技术的两大主角。

金属网格（Metal Mesh）技术利用银，铜等金属材料或者氧化物等易于得到且价格低廉的原料，在PET等塑胶薄膜上压制所形成的导电金属网格图案。其理论的最低电阻值可达到0.1欧姆/平方英寸，而且就有良好的电磁干扰屏蔽效果。但是受限于印刷制作的工艺水平，其所制得的触控感测器图样的金属线宽较粗，通常大于5um，这样会导致在高像素下（通常大于200ppi）莫瑞干涉波纹非常明显。莫瑞干涉指数码产品显示屏中像素，光学膜片以及触控导电的金属图案，在水平和垂直方向上，规则对齐的像素和物体的精细规则图案重叠式稍有偏差，则会出现的干扰波纹图案。由于莫瑞干涉的存在，金属网格技术制成的薄膜产品不适用在高分辨率智能手机，平板电脑等高分辨率的产品上，仅仅适用于观测距离较远的显示器屏幕，例如台式一体机器，笔记本电脑，智能电视等。

如果薄膜中金属网格图样的线宽能够大幅度下降，则能有效的降低金属网格技术中的莫瑞干涉的问题，特别是如果金属网格图样的线宽下降到1um左右，则该技术制成的薄膜同样可以搭载在高分辨率的智能设备上。目前韩国三星公司利用微细线宽和图样化（Patterning）技术，将金属网格图样的线宽由原来的5um~6um，缩减到3um左右。然而，欲将线宽大幅缩减并非易事，传统的压制印刷工艺无法满足要求，需要采用黄光制程工艺，制作成本会大幅增加，而且会浪费原材料；过细的金属线宽易在外力挤压时断裂；网格的阻值升高，对下游的控制IC芯片提出更高的灵敏度要求。因此，目前金属网格技术如何在降低成本的同时，满足多场景的下游应用是一个难点，还需整个产业链进一步发展完善才行。

纳米银线（SNW，silvernano wire）技术，是将纳米银线墨水材料涂抹在塑胶或者玻璃基板上，然后利用镭射光刻技术，刻画制成具有纳米级别银线导电网络图案的透明的导电薄膜。由于其特殊的制成物理机制，纳米银线的线宽的直径非常小，约为50nm，远小于1um，因而不存在莫瑞干涉的问题，可以应用在各种尺寸的显示屏幕上。另外，由于线宽较小，银线技术制成的导电薄膜相比于金属网格技术制成的薄膜可以达到更高的透光率，例如3M公司采用微印压法制成的薄膜产品可以达到89%透光率。再次，纳米银线薄膜相比于金属网格薄膜具有较小的弯曲半径，且在弯曲时电阻变化率较小，应用在具有曲面显示的设备，例如智能手表，手环等上的时候，更具有优势。

在薄膜上，金属网格中可以反射可见光的金属线总体面积不大；而纳米银线并非是网格状而是呈现不规则的分布，沾满整个玻璃基板表面。相比较而言，纳米银线薄膜会有更严重的漫反射，既雾度（Haze）问题。屏幕的雾度问题会导致在室外场景光线照射的情况下，屏幕反射光强烈，严重的时候会使得用户看不清屏幕。但是可以采用一些技术手段降低光漫射，解决雾度问题。例如日产化工公司开发出了在纳米银线薄膜上涂布可降低雾度的高折射率材料，有效将雾度值降低。另外，黑化纳米银线表面、减少反光强度、粗糙化纳米银线的表面等技术，也可以有效改善雾度的问题。

金属网格技术因为采用普通的银，铜等金属材料或者氧化物等作为原始材料采用传统的印压法制作薄膜面板，其原材料和制作成本都很低，但是这样的产品却有不可克服的莫瑞干涉问题，应用受到限制。如果要降低金属网格中金属的线宽，需要更改制成工艺，成本会随之增加，而且会有易断线等问题。相比较金属网格技术，纳米银线技术采用的是成型的纳米银线墨水材料，这些纳米银线供应材料掌握在少数例如Cambrios Technologies公司手上，原材料的成本较高一些，但是制成工艺简单，采用印刷制程快速生产大面积的触控面板，整体的成本并不高，随着大规模的生产，成本会进一步的降低。

因此，综合比较，纳米银线技术比金属网格技术更有优势。就目前市场而言，也已经分化出两大技术阵营。其中纳米银线阵营中，台湾面板供应商TPK公司是主打纳米银线技术的厂商，并且结合上游的纳米银线材料供应商Cambrios Technologies公司，以及生产工艺公司日本写真成立一家子公司，专注于拓展纳米银线技术的研发，应用和制造。TPK公司预计在2014第二季度实现纳米银线薄膜的量产出货。

金属网格技术阵营则加入的公司较多，例如苏大维格和欧菲光，韩国三星等都由参与研发和制造。但是相比较于金属网格阵营，纳米银线阵营的各个公司都在也内属于龙头企业，业务专业能力强，上中下游产业链结合紧密。

此外，据媒体报道，苹果（Apple）公司吸引大家关注的明星产品iWatch将采用TPK公司的纳米银线薄膜技术，证明了纳米银线产品确实具有明显的技术优势和产业链的稳定性。

第五篇：金属纳米颗粒论文：金属纳米颗粒的性质研究及其应用

金属纳米颗粒论文：金属纳米颗粒的性质研究及其应用

【中文摘要】纳米材料的合成和应用证明了其在物理、化学、材料科学等领域的巨大发展潜力,尤其是纳米材料所具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应,使其产生了独特的光学、电学、化学性质以及催化性质。金属纳米颗粒的性质在近十几年受到了广泛关注。纳米尺度的金属纳米材料具备许多块体材料没有的优越性质,其中,金属纳米颗粒所具备的独特光学性质——表面等离子体共振性质已经成为研究热点之一。金属纳米颗粒中的表面等离子体共振是描述其导带电子在电磁场作用下集体振荡的一个物理概念,共振性质受尺寸、形状以及周围介质影响非常显著。对纳米颗粒尺寸及其形貌的有效控制一直都是大家关注的。近几年来,随金、银金属纳米颗粒表面增强拉曼散射效应、荧光效应的广泛应用,金属纳米颗粒已经广泛应用于催化、光催化、信息存储、表面增强拉曼、太阳能电池、生物传感器、化学传感器、非线性光学、光电子学等领域。本论文的工作主要致力于金、银纳米颗粒的合成、性质及应用：通过油相中无机金属盐的热分解,合成不同粒径的银纳米颗粒；在水相中利用柠檬酸盐

【英文摘要】The synthesis and applications of metal nanomaterials suggests their great potential foreground in the physical science, chemical science and materials science, especially for unique properties, such as surface effect，volume effect, quantum size effect and macroscopic quantum tunneling effect.These properties render new applications in optics, electrics, chemists and catalyzers.The properties of noble metal nanomaterials attract much attention in recent years.Metal materials in nano-scale have predominant characters which bulk metal lacks of.In particular, metal nanomaterials have excellent optical properties due to the surface plasmon resonance(SPR).SPR is a physical concept of describing the collective oscillations of conduction band electrons in the electromagnetic field, which is influenced significantly by size, shape and surrounding medium.Size and shape of nanoparticles has been the effective control of all concerned.In recent years, with a wide range use of surface-enhanced Raman scattering, fluorescence effect of gold and silver nanoparticles, metal nanoparticles have been widely used in catalysis, photocatalysis, information storage, surface-enhanced Raman, solar cells, bio-sensors, chemical sensors, nonlinear optics, optoelectronics and other fields.This thesis focus emphasis on the synthesis, properties and applications of gold and silver nanoparaticls:the thermal decomposition of inorganic salts in oil phase for synthesis of silver nanoparticles, resulting in different size;using of

citrate reduction of HAuC14 in the aqueous phase for synthesis of gold nanoparticles.With changing different protective agent(oil amine, carboxylic acides of different chain length), the size and solubility of the metal nanoparticles change.Besides, the means of transmission electron microscopy(TEM), high resolution transmission electron microscopy(HR-TEM), scanning electron microscopy(SEM), X-ray powder diffraction(XRD), UV-visible absorption spectroscopy(UV-Vis)were used to characterized the metal nanoparticle’s phase, size, morphology and optical properties;through different sulfhydryl groups replacing the surface protective agent, we studied the size and surface protective agents dependence of SPR effects.Furthermore, we use spin-coating after photolithography electrodes, to study the electronic properties of metal nanoparticles, and to explore the possible applications in semiconductor devices;when the size of metal nanoparticles drastically reduced, its boiling point sharply decline.After the sintering of the nanoparticles, they can be applied as the electrods of organic semiconductor devices.This paper illustrated the use of silver nanoparticles to serve as electrodes, and explored the role of sintering temperature and sintering time.Finally, we studied the interaction between the

absorption spectra of metal nanoparticles, semiconductors and dyes, exploring their prospects for the applications in solar cells.This thesis mainly focused on the use of chemical liquid phase synthesis methods, combining the structure, performance and applications together, expecting offering help in the preparation of fuctional devices and dye-sensitized thin film solar cells.【关键词】金属纳米颗粒 表面等离子体共振吸收 喷墨打印银电极 太阳能电池

【英文关键词】metal nanoparticles surface enhanced plasmon resonance silver inkjet printing electrodes solar cell 【目录】金属纳米颗粒的性质研究及其应用8-10ABSTRACT10-11

摘要

第一章 1.2 金

符号说明12-13引言13-19属纳米颗粒的应用15-1719-46

1.1 课题研究的背景和意义13-1414-15

1.3 本论文工作及内容安排参考文献17-19第二章 金属纳米颗粒研究现状

19-21

2.2 金属纳米2.2.2 光性质参考文献2.1 金属纳米颗粒的制备颗粒的性质21-3733-3739-4646-67

2.2.1 电性质21-33

37-392.3 金属纳米颗粒的表征第三章 金属纳米颗粒的制备及性质研究3.1 引言部分46

3.2 羧酸保护银纳米颗粒合成46-5747-483.2.1 实验部分46-473.2.3 结果与讨论48-57

3.3.1 实验部分

3.2.2 样品表征3.3 油胺保护银纳米57-58

3.3.2 样品颗粒的合成57-61表征58析58-593.3.3 结果与讨论58-613.3.3.1 样品形貌分

3.4 金纳3.4.2 金3.5 总结3.3.3.2 扫描电镜形貌表征59-61

3.4.1 实验部分61-623.4.3 结果与分析62米颗粒的合成61-62纳米颗粒的表征6262-6467-77参考文献64-674.1 引言部分67-68

第四章 金属纳米颗粒的应用

4.2 金属纳米颗粒SPR对

4.2.2 结果与4.3.1 实光阳极的增强68-70讨论68-70验部分7172-7479-80

4.2.1 实验部分68

4.3 喷墨打印银电极研究70-724.3.2 结果与讨论71-72参考文献74-77

4.4 总结

致谢学位论

第五章 结论77-79附录: 攻读硕士期间完成的论文80-90

文评阅及答辩情况表