中科院化学所宋延林/周海华与济南大学陈国柱《Adv. Eng. Mater 》: 利用表界面相互作用制备银网格

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柔性透明电子器件的快速发展对电极材料提出了更高的要求，传统的氧化铟锡（ITO）材料由于延展性差、脆性大难以满足柔性电子器件的要求。另外，其组成中的铟为稀有金属，自然界中储量很低，使其广泛应用受到限制。因此，寻找可用于柔性透明电极的材料和制备方法对于柔性透明电子器件的发展具有重要意义。近年来,纳米银透明导电网格被广泛研究。

近期,中科院化学所宋延林研究员课题组与济南大学陈国柱教授团队合作，在《Advanced Engineering Materials》期刊上发表了题为“Fabrication of the Silver Grids by Interfacial Interaction”的论文（DOI: 10.1002/adem.202100901）。论文采用刚柔并济的模板（刚性部分：硅柱的阵列结构；柔性部分：在硅柱表面涂布聚合物溶液）结合压印技术，诱导银纳米颗粒进行自组装，通过调控固液气三相的表界面相互作用, 成功制备了不同形貌的微米银网格（制备过程如图1所示）。

图1 利用刚柔并济的模板制备银网格

本文要点

刚柔并济的模板是制备银网格的关键，主要是通过在硅柱表面涂布聚合物溶液后，形成了规则的凹液面结构，在诱导银纳米颗粒自组装时，提供了使三相线自由移动所必须的空气。在含银纳米颗粒液体的干燥过程中，三相线有序收缩，从而形成规则的银网格结构。影响模板凹液面的因素包括硅柱的设计参数如柱径、柱间距的变化；聚合物溶液的种类；聚合物溶液的浓度或溶剂变化等（图2、图3）。

图2 刚柔并济模板的表征及涂布液浓度改变时表面形貌的变化

图3 刚柔并济模板的表面涂布液种类或溶剂改变时形貌的变化

银网格的形成利用了图1所示的三明治结构，研究发现, 含银纳米颗粒的液体首先在柱顶的部位发生收缩形成连接点，继而柱间的液桥逐渐收缩形成银网格（图4）。影响银网格形成过程的因素包括刚柔并济模板的凹液面结构及所用银纳米颗粒溶液的浓度。

  

图4 通过表界面相互作用制备银网格的过程

图5 含银纳米颗粒的液体浓度改变时形成的银网格及对应模板

本文还利用Comsol软件对银网格形成过程进行了研究，以确定不同形貌的形成原因。发现含银纳米颗粒溶液的三相线在表界面作用力的协助下，当达到能量最低点时会形成稳定的网格结构。通过调整表面能的变化，可以实现不同形貌的银网格的制备（图6，图7）。

 

图6 银网格形成过程的数字模拟

 

图7 银网格形成过程的数字模拟中能量最低点的形成过程

本文还讨论了所制备的银网格在柔性透明电子器件制备中的应用前景，研究了银网格的透明度及导电性的影响因素（图8）。

 

图8 银网格的透明度及导电性的测量结果

论文第一作者为济南大学硕士生刘卫才及中科院化学所副研究员周海华，论文通讯作者为周海华、济南大学陈国柱教授和中科院化学所宋延林研究员。

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https://doi.org/10.1002/adem.202100901

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