Synthèse facile de nanofils de cuivre ultralongs et fins et son application aux électrodes conductrices transparentes flexibles hautes performances

Contexte

Les électrodes conductrices transparentes (ETC) sont des éléments extrêmement importants dans de nombreux dispositifs optoélectroniques, notamment les diodes électroluminescentes organiques (OLED), les cellules solaires, les écrans à cristaux liquides, les écrans plats, les capteurs, etc. L'oxyde d'indium et d'étain (ITO) est l'un des TCE les plus couramment utilisés dans l'industrie, qui possède une faible résistivité (\(\sim \thinspace \!\!10-30 \Omega /\square \)) à une transparence optique élevée (90 % ) [8]. Il est vraiment dommage que l'indium soit un élément métallique rare et que son abondance dans la croûte terrestre soit très faible, ce qui fait que le prix de l'ITO devient de plus en plus cher [8-10].

Par conséquent, les chercheurs ont fait de nombreuses tentatives pour développer de nouveaux matériaux pour remplacer partiellement l'ITO. Ces candidats doivent posséder un faible coût, une conductivité élevée, une transmission élevée et une excellente flexibilité et peuvent être déposés à basse température. Parmi ces candidats, les nanofils métalliques sont particulièrement prometteurs. Des études récentes ont rapporté l'utilisation de nanofils d'argent (AgNWs); Il a été rapporté que les électrodes transparentes à base d'AgNW rivalisaient bien avec l'ITO [11–19]. Cependant, l'argent est un métal précieux et son prix élevé ne doit pas être ignoré. En raison de la demande croissante de nanofils métalliques à faible coût, le cuivre a reçu une attention considérable en tant qu'alternative intéressante à l'argent. Le cuivre est presque aussi conducteur que l'argent, car la résistivité apparente du cuivre est de 1,67 n Ω ·m , tandis que celui de l'argent est de 1,59n Ω ·m [20]. De plus, le cuivre est beaucoup plus abondant et beaucoup moins cher que l'argent et l'ITO. Sur la base de ces faits, de plus en plus d'attention est accordée aux nanofils de cuivre (CuNW).

Ainsi, diverses méthodes de préparation des CuNW ont été étudiées, telles que les procédés de dépôt chimique en phase vapeur, de dépôt électrochimique, de matrice et de membrane [21-26]. Cependant, ces méthodes impliquent plusieurs processus complexes et nécessitent des réactifs chimiques toxiques ou un catalyseur précieux. Probablement, les méthodes hydrothermales semblent être un moyen simple pour la production de CuNW. Zhang et al. CuNWs (ou nanotiges de cuivre) préparés avec un diamètre d'environ 50 nm et une longueur atteignant jusqu'à> 10 μ m par synthèse hydrothermale avec de l'acide ascorbique comme agent réducteur et de la polyvinylpyrrolidone (PVP) comme agent de coiffage à relativement basse température [27]. Wang et al. préparé des CuNW ultralongs avec un diamètre uniforme d'environ 800 à 1 000 nm et une longueur typique de plusieurs dizaines de micromètres en appliquant de l'acide ascorbique comme agent réducteur et coiffant [28]. En utilisant l'octadécylamine (ODA) à la fois comme agent réducteur doux et comme agent d'adsorption, Shi et al. ont obtenu des CuNW ultralongs avec une longueur allant jusqu'à plusieurs millimètres et des diamètres de 30 à 100 nm [29]. Melinda Mohl et ses collaborateurs ont appliqué le chlorure de cuivre et le glucose en présence d'hexadécylamine (HDA), ont préparé avec succès de longs CuNW d'un diamètre uniforme de 64 ± 8 nm et d'une longueur de quelques micromètres [30]. Aziz et al. ont élaboré une méthode hydrothermale simple pour produire des CuNW d'une longueur de vingt micromètres en utilisant du HDA et du bromure de potassium comme agent de coiffage [31]. Kim et al. ont rapporté une stratégie synthétique à médiation par les semences pour la production de CuNW, et certaines images typiques de microscopie électronique à balayage (MEB) sur des CuNW ont montré que le diamètre moyen était de 21,9 ± 3,8 nm et que la longueur maximale était de 77,1 μ m [32].

Par rapport aux CuNW, la fabrication sur CuNW TCE a été peu étudiée, car l'instabilité et la caractéristique d'être facilement oxydées conduisent souvent à des films CuNW non conducteurs. Wiley et ses collègues ont obtenu de bons résultats dans la préparation des CuNW et des CuNW TCE. En 2010, c'était la première fois qu'ils préparaient des TCE CuNW sur un substrat flexible avec une résistance de feuille de 30 \(\Omega /\square \) à une transmittance spéculaire de 85% au moyen d'un revêtement de tige Meyer [33]. En 2014, ils ont amélioré la façon de produire des CuNW, puis ont fabriqué des TCE CuNW avec une transmittance>   95 % à une résistance de couche <100 \(\Omega /\square \) [34]. Le groupe de Simonato a traité des CuNW avec de l'acide acétique glacial pour fabriquer des TCE CuNW flexibles présentant une résistance de feuille de 55 \(\Omega /\square \) à 94 % de transmittance (λ =550 nm) par filtration sous vide [20]. Chu et al. TCE CuNW préparés avec 52,7 \(\Omega /\square \) à T =90 % (λ =400-700 nm) à l'aide d'un revêtement par pulvérisation, qui n'était pas conducteur avant un recuit dans un four pendant 2 h dans une atmosphère de 75 % d'argon et 25 % d'hydrogène [35]. Cependant, malgré ces efforts, les expressions culturelles traditionnelles basées sur le CuNW présentent encore un certain nombre de limitations qui empêchent leur utilisation généralisée. Un problème est leur rugosité de surface élevée lorsqu'ils sont déposés sur des substrats nus et un autre problème est que les CuNW ont un faible potentiel d'oxydation et une faible stabilité chimique.

Une façon d'améliorer les performances des films de nanofils consiste à utiliser des nanofils avec des rapports d'aspect plus élevés [34]. Les CuNW courts et grossiers ne conviennent pas à la préparation des expressions culturelles traditionnelles. Par exemple, CuNWs avec des diamètres d'environ 50 nm et une longueur d'environ 10 μ m proposé en Réf. [27] sont trop courts pour préparer des expressions culturelles traditionnelles de haute qualité. Il convient de noter que les CuNW trop longs ne conviennent pas non plus à la préparation des expressions culturelles traditionnelles, car il est trop facile pour eux de se réunir et ne peuvent pas être bien dispersés. Par exemple, la longueur des CuNW proposée dans [29] pouvait atteindre plusieurs millimètres, et de nombreux CuNW se regroupent [29]. Des longueurs et des diamètres modérés de CuNW sont très importants pour des TCE CuNW de haute qualité. Dans cet article, une approche hydrothermale simple pour la synthèse de CuNWs minces, bien dispersés et ultralongs avec un diamètre moyen de 35 nm et une longueur moyenne de 100 μ m est rapporté, où l'APD, l'acide ascorbique et le chlorure de copra (II) dihydraté (CuCl₂ ·2H₂ O) sont impliqués. CuCl₂ ·2H₂ O fournit une source de cuivre, l'acide ascorbique est utilisé comme agent réducteur et l'ODA est sélectionné comme agent de coiffage. Les longueurs et les diamètres des CuNW sont affectés par le temps de réaction, le rapport molaire des trois médicaments, et nous révélerons les effets de ces facteurs. Les CuNW ultralongs et minces ont été utilisés pour fabriquer des TCE CuNW à température ambiante. La résistance de couche du CuNW TCE était aussi faible que 26,23 \(\Omega /\square \) à 89,06 % de transmission (λ =550 nm). Afin de réduire la rugosité des TCE CuNW et d'empêcher l'oxydation des CuNW, du poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) a été appliqué sur la surface des TCE CuNW pour préparer les TCE hybrides CuNW/PMMA (HTCE), et les effets du PMMA sur la transmittance et la rugosité des expressions culturelles traditionnelles de CuNW sont démontrées.

Expérimental

Synthèse des CuNW

Dans un processus typique de synthèse des CuNW, 140 mg d'acide ascorbique (C₆ H ₈ O ₆ , Aladdin) et 270 mg de CuCl₂ ·2H₂ O (Aladdin) ont été ajoutés à 282 ml d'ODA (26,3 mmol L ⁻¹ ) solution aqueuse. Concentrations molaires d'acide ascorbique et de CuCl₂ ·2H₂ O sont 2,8 mmol L ⁻¹ et 5,6 mmol L ⁻¹ , respectivement. La solution mélangée s'est transformée en suspension homogène après 60 min d'agitation de scellement à température normale. Par la suite, la suspension obtenue a été transférée dans un autoclave revêtu de téflon et scellé pendant 20 h à 120 °C. Le réacteur a ensuite été refroidi naturellement à température ambiante. Les produits chimiques en excès ont été éliminés par lavage avec de l'eau désionisée et de l'éthanol. Le produit final a été conservé dans 130 ml d'acide acétique glacial (Aladdin) pour éviter l'oxydation des CuNW.

Fabrication de TCE CuNW et de HTCE CuNW/PMMA

Les TCE CuNW ont été fabriqués sur des substrats de polyéthylène téréphtalate (PET) (188 μ m d'épaisseur). Une légère quantité de solution d'acide acétique glacial contenant des CuNW a été diluée par 500 ml d'eau désionisée. Les TCE ont été formés à température ambiante par filtration d'une dispersion de CuNW sur une membrane filtrante en ester de cellulose mixte (MCE) (0,45 μ m). Le film déposé a ensuite été transféré sur le substrat PET en appliquant une pression uniforme. La membrane filtrante MCE a été décollée pour maintenir le réseau CuNW sur le substrat PET. 100 ul de solution de PMMA (20 mg/ml) ont été appliqués sur la surface des TCE CuNW en utilisant une tournette à 800 tr/min pendant 5 s et 2500 tr/min pendant 30 s. Les HTCE CuNW/PMMA ont été séchés naturellement sans frittage thermique.

Caractérisation structurelle, optique et électrique

La morphologie et les dimensions des CuNW synthétisés ont été étudiées par SEM (JSM-7500F, JEOL) et microscopie électronique à transmission (MET) (FEI-TECNAL G20). Les images de morphologie de surface des CuNW ont été analysées au microscope optique (BX51M, OLYMPUS). Les transmittances du CuNW TCE et du CuNW/PMMA HTCE ont été déterminées par un spectrophotomètre UV (GZ502A, Shanghai Shine Photoelectric Technology Co., Ltd.). La rugosité des TCE CuNW et des HTCE CuNW/PMMA a été déterminée par un microscope à force atomique (AFM) (Dimension Edge, BRUKER). Les diagrammes de diffraction des rayons X sur poudre (XRD) des CuNW ont été réalisés par analyse XRD (Bruker, BRUKER OPTICS).

Deux feuilles de film d'aluminium (Al) ont été déposées aux deux extrémités d'un CuNW/PMMA HTCE ou d'un CuNW TCE, comme le montre la figure 1. La distance entre les deux côtés intérieurs des films d'aluminium est indiquée par la longueur L , et la distance entre les deux autres côtés du TCE est marquée comme largeur W . Relation de résistance R d'un film et sa résistance en feuille R _s est contraint par la formule suivante [36] :

Image photographique et illustration schématique testant le processus de résistance. La gauche est une image photographique du processus de test de résistance, et la droite montre une illustration schématique de la longueur et de la largeur d'un TCE

La résistance du CuNW TCE et du CuNW/PMMA HTCE a été mesurée par un multimètre et les résistances correspondantes de la feuille ont été déduites des résistances à l'aide de la formule (1). Par exemple, la résistance d'un CuNW/PMMA HTCE est de 65,9 Ω , comme le montre la figure 1, L est de 19,2 mm et W est de 27,6 mm, respectivement. Ensuite, on peut conclure que la résistance de couche du CuNW/PMMA HTCE de la Fig. 1 est de 94,7 \(\Omega /\square \).

Résultats et discussion

Synthèse des CuNW

Dans ce travail, CuNWs bien dispersés avec un diamètre moyen de 35 nm, une longueur moyenne de 100 μ m, et un rapport d'aspect d'environ 2857 ont été synthétisés par la réduction de CuCl₂ ·2H₂ O avec de l'acide ascorbique par un processus de réduction hydrothermale. L'ODA a joué le rôle d'agent de coiffage dans le processus de croissance des CuNW. Les trois matériaux sont tous très bon marché, de sorte que le coût de préparation des CuNW est très faible. Des temps de réaction différents et des rapports molaires différents conduiront à des produits différents, et nous discuterons de ces facteurs dans les sous-sections suivantes.

(A) Caractérisation des CuNW

Les CuNWs ont été préparés par la méthode de la sous-section « Synthèse des CuNWs » de la section « Expérimental ». La photographie des CuNW obtenus est montrée sur la Fig. 2a. La morphologie et la dimension des CuNW correspondants sont montrées par SEM dans la Fig. 2b, c. Il est montré dans la Fig. 2b, c que le produit final est composé d'une grande quantité de CuNWs avec un diamètre moyen de 35 nm et une longueur moyenne de 100 μ m, présentant ainsi un rapport d'aspect d'environ 2857. De longs NW avec un rapport d'aspect élevé sont nécessaires pour atteindre une conductivité électrique et une transmittance élevées dans les structures Web basées sur les NW, car ils permettent des voies entièrement interconnectées et hautement conductrices, même avec de faibles densité de nanofils [37, 38]. Par conséquent, la méthode mentionnée ci-dessus est applicable pour la production de CuNW uniformes. Ces CuNW fins et uniformes permettent de préparer des TCE CuNW performants. La figure 2d illustre le motif XRD de CuNW coulés par goutte sur un substrat de silicium. Les CuNW sont identifiés sur la base des trois pics de diffraction distinguables à 43,316, 50,448 et 74,124, correspondant respectivement à {1 1 1}, {2 0 0} et {2 2 0} plans cristallins de cuivre cubique à faces centrées. . L'intensité des plans cristallins {1 1 1} du cuivre cubique à faces centrées supérieure à celles des autres indique l'enrichissement des plans cristallins {1 1 1} des CuNW. Le résultat indique également que les atomes de cuivre déposés d'abord sur les facettes {1 1 1} ont conduit à des CuNW unidimensionnels (1-D). Aucun signal d'impuretés telles que CuO et Cu₂ O a été observé dans le modèle XRD, ce qui indique que des CuNW purs ont été obtenus.

Structure des CuNW. un Les CuNW tels que préparés en acétate. b Image SEM des CuNW d'un point de vue général. c Image SEM des CuNW à partir d'une vue détaillée. d Motif XRD en poudre des CuNW coulés par goutte sur un substrat de silicium

La figure 3a, b montre des images MET de CuNW ultra-longs avec des diamètres d'environ 35 nm. On peut observer que les surfaces des nanofils de cuivre sont très lisses. La figure 3c propose une image MET haute résolution (HRTEM) d'un CuNW. L'espacement du réseau a été observé à 0,21 nm, ce qui correspond au plan {1 1 1} du cuivre cubique au centre de la face.

Images TEM et image HRTEM des CuNW. un , b Images MET de CuNW. c Image HRTEM d'un CuNW. L'espacement du réseau a été observé à 0,21 nm

(B) Analyse en fonction du temps

Afin d'observer le processus de croissance des CuNW, les produits ont été étudiés par SEM. Les produits obtenus après 1 à 40 h de traitement hydrothermal à 120 °C présentaient des morphologies et des longueurs différentes. La morphologie des CuNW avec des temps de réaction différents est étudiée par SEM. Des images SEM d'échantillons à différentes étapes du traitement hydrothermal sont présentées sur la figure 4.

Images SEM d'échantillons à différents temps de réaction du traitement hydrothermal. Les différents temps de réaction du traitement hydrothermal sont a 1 h, b 2 h, c 6 h, j 14 h, e 20 h, et f 40 heures

À partir de la figure 4a, on peut voir que le produit est principalement composé de nanocubes de cuivre et que presque aucun CuNW n'est produit lorsque le temps de réaction est de 1 h, ce qui indique un système dominé par la croissance isotrope. La raison en est que l'agent de coiffage était insuffisant pour couvrir toutes les facettes {1 0 0} nouvellement formées sur les nanocristaux de cuivre à ce stade. Étant donné que le mécanisme de croissance des CuNW n'est pas encore entièrement compris, nous supposons donc que seule une petite fraction de l'ODA est vaporisée et dissoute sous haute pression au stade initial. Par conséquent, il n'y a pas assez d'agent de coiffage pour assurer la croissance anisotrope du cristal.

Au fil du temps, de plus en plus d'ODA sont gazéifiées pour produire suffisamment d'agents de coiffage, puis la croissance 1D sur ces germes de nanocristaux en milieu aqueux conduit à la formation de CuNW. Comme le montre la figure 4b–d, de plus en plus de matières premières se transforment en produits et de plus en plus de graines de nanocristaux se transforment en CuNW lorsque le temps passe de 2 à 14 h. Pendant ce temps, nous pouvons voir que les longueurs des CuNW deviennent de plus en plus longues dans la plage de 2 à 14 h, et la longueur moyenne des CuNW est d'environ 25, 60 et 80 μ m dans la Fig. 4b–d, respectivement. Les CuNW sont très minces et leur diamètre moyen n'est que d'environ 35 nm. Lorsque les CuNW sont plus longs que 100 μ m, ils deviennent faciles à casser, de sorte que leurs longueurs n'augmentent plus. La figure 4e, f indique que les longueurs et les diamètres des CuNW ne changent pas de manière significative dans les 20 à 40 h.

(C) Quantité d'acide ascorbique

L'acide ascorbique a été sélectionné comme agent réducteur dans la synthèse des CuNW. Étudier l'influence de la quantité d'acide ascorbique sur la morphologie des CuNW, les quantités d'eau déminéralisée, d'ODA et de CuCl₂ ·2H₂ O ont été fixés et la quantité d'acide ascorbique a été modifiée. Après 20 h de chauffage dans un autoclave scellé revêtu de téflon à 120 °C, la solution obtenue a été lavée avec de l'eau déminéralisée et de l'éthanol. Les produits finaux ont été observés à l'aide d'un microscope optique.

La formule structurelle chimique de l'acide ascorbique peut être écrite comme le montre la figure 5. Il y a quatre hydroxyles (-OH) dans une molécule d'acide ascorbique, qui agissent comme le groupe fonctionnel dans cette réaction de réduction, et il y a un Cu ^{2 +} dans un CuCl₂ ·2H₂ molécule O, on peut donc supposer que le rapport molaire optimal d'acide ascorbique et de CuCl₂ ·2H₂ O est 0,5:1. La figure 6 montre les images au microscope optique des produits finaux avec différents rapports molaires d'acide ascorbique et de CuCl₂ ·2H₂ O. Lorsque le rapport molaire est de 0,5:1, la plus grande quantité de CuNW est produite (Fig. 6b) et la quantité de nanoparticules de cuivre (CuNP) est relativement beaucoup plus petite. En augmentant le rapport molaire à 1:1 ou 2:1, de plus en plus de CuNPs apparaissent dans les images du microscope optique (Fig. 6c, d). Au rapport molaire de 2:1, le produit contient un grand nombre de CuNP et les CuNW sont à peine formés. C'est probablement parce que les CuNW poussent à partir de graines multi-jumelées. Cependant, les graines multi-jumelées sont instables aux stades initiaux si leurs facettes {1 0 0} ne sont pas bien coiffées. la croissance cristalline sur les facettes {1 0 0} pourrait rapidement développer des germes multi-jumelés en germes monocristallins, qui ne produisent que des CuNPs. Lorsque le rapport molaire de l'agent réducteur est beaucoup plus grand que la valeur appropriée, un grand nombre de graines multi-jumelées apparaîtra au début. Dans le même temps, l'ODA n'est pas fortement vaporisé et diffuse dans l'eau, ce qui entraîne l'absence d'agent de coiffage. Dans le cas où le rapport est de 0,2:1 sur la figure 6a, la solution est très visqueuse et contient une grande quantité d'ODA, ce qui rend très difficile la séparation des CuNW de la solution. De petites quantités de CuNP et de CuNW sont produites sur la figure 6a, et nous pouvons supposer que dans ce cas, seule une partie du cuivre est réduite car la quantité d'agent réducteur est inférieure à la normale.

Formule structurelle chimique de l'acide ascorbique. Il y a quatre hydroxyles (-OH) dans une molécule d'acide ascorbique, qui agissent comme groupe fonctionnel dans cette réaction de réduction

Images au microscope optique de CuNWs synthétisés avec différents rapports molaires d'acide ascorbique et de CuCl₂ ·2H₂ O. Les différents rapports molaires de l'acide ascorbique et du CuCl₂ ·2H₂ O sont a 0.2:1, b 0.5:1, c 1:1 et d 2:1

Fabrication de CuNW TCE

La méthode de transfert par filtration sous vide est une méthode simple et évolutive pour fabriquer des expressions culturelles traditionnelles. Au moyen d'un transfert par filtration sous vide, les solutions contenant des NW peuvent être diluées de manière adéquate et dispersées sous forme de fils individuels, de sorte que les TCE préparés possèdent une bonne conductivité. Pendant ce temps, certains réactifs peuvent être filtrés, ce qui est utile pour améliorer la conductivité électrique des TCE. Dans ce travail, la solution d'acide acétique glacial contenant des CuNW est diluée par de l'eau déminéralisée puis filtrée sur une membrane filtrante MCE. Au cours du processus, les matières organiques résiduelles et les oxydes de cuivre peuvent être éliminés, ce qui contribue à améliorer la conductivité électrique des TCE CuNW.

La transmittance d'un TCE dépend de la quantité de CuNW déposée sur les substrats, et elle diminuera considérablement lorsque la résistance de couche du TCE diminuera. La conductivité élevée et la transmittance élevée des TCE CuNW sont principalement attribuées à la morphologie des CuNW telles que la grande longueur, le petit diamètre, l'absence de NP et de toute autre matière organique résiduelle [39-41]. Dans ce travail, nous sélectionnons le temps de réaction comme 20 h et le rapport molaire de l'acide ascorbique et du CuCl₂ ·2H₂ O comme 0,5:1. Le tableau 1 répertorie les résistances de feuille et les transmittances (hors substrat PET) à 550 nm pour cinq TCE CuNW. Le fait que des transmittances plus élevées soient liées à des résistances de feuille plus faibles est conforme aux observations existantes. Transmissions à plus large plage (λ =366-741 nm) pour les cinq échantillons sont proposés dans la Fig. 7. L'image photographique de l'échantillon C est également démontrée dans la Fig. 7, dont les transmittances sont de 89,06 % à 550 nm (hors substrat PET).

Spectres de transmission (366-741 nm) des TCE CuNW avec diverses résistances de feuille. Les résistances de feuille et la transmittance des cinq échantillons à 550 nm sont répertoriées dans le tableau 1. L'image photographique d'un CuNW TCE est démontrée, dont la transmittance à 550 nm est de 89,06 % à condition que l'effet du PET soit exclu

Fabrication de CuNW/PMMA HTCE

Bien que les TCE CuNW présentent de nombreux avantages, certains inconvénients fatals ne peuvent être ignorés, notamment une rugosité élevée et une faible stabilité chimique, qui limitent leurs applications. Afin de surmonter ces problèmes, nous avons fabriqué des HTCE CuNW/PMMA par revêtement par centrifugation d'une solution de PMMA à 20 mg/ml pour réduire la rugosité et empêcher l'oxydation des CuNW. Les propriétés des TCE CuNW et des HTCE CuNW/PMMA ont été comparées. La figure 8a, b montre des graphiques de transmittance et les changements de conductivité d'un CuNW TCE et d'un CuNW/PMMA HTCE sur un substrat PET, respectivement. La figure 8a montre que le CuNW TCE et le CuNW/PMMA HTCE possèdent des spectres de transmittance similaires. À partir de la Fig. 8b, nous pouvons voir que les résistances en feuille du CuNW TCE et du CuNW/PMMA HTCE étaient également similaires lorsqu'elles venaient d'être préparées. La résistance de couche du CuNW TCE a augmenté rapidement de 32,1 \(\Omega /\square \) à 93,5 \(\Omega /\square \) après 3 h. Cependant, la résistance en feuille du CuNW/PMMA HTCE a montré une augmentation lente, qui était presque inchangée au bout de 50 h et restait encore très faible (74 \(\Omega /\square \)) au bout de 72 h. La stabilité a été considérablement améliorée après que le CuNW TCE ait été revêtu de PMMA pour former un CuNW/PMMA HTCE. Ainsi, le revêtement PMMA protégeait efficacement les CuNW de l'humidité et de l'oxygène.

Comparaison des propriétés optoélectroniques d'un CuNW TCE et d'un CuNW/PMMA HTCE. un Le CuNW TCE et le CuNW/PMMA HTCE possèdent des spectres de transmission similaires. b L'évolution de la résistance carrée des HTCE CuNW et CuNW/PMMA stockés en conditions ambiantes pendant 72 h

Comme mentionné ci-dessus, une grande rugosité n'est pas compatible avec diverses applications et peut provoquer des courts-circuits dans les appareils électroniques. Par conséquent, les surfaces lisses sont cruciales pour l'application pratique des dispositifs optoélectroniques. Nous avons intégré des CuNW dans le film PMMA pour réduire la rugosité. La figure 9 montre des images topographiques AFM d'un CuNW TCE et d'un CuNW/PMMA HTCE. Sur la figure 9a, la topographie de surface du CuNW TCE est relativement rugueuse, dont la rugosité de surface moyenne quadratique (RMS) est de 31,2 nm. Sur la figure 9b, la topographie de surface du CuNW/PMMA HTCE apparaît très lisse, dont la rugosité de surface RMS est de 4,8 nm. Il est évident que le film PMMA revêtu par centrifugation peut réduire considérablement la rugosité de surface du film CuNW car la solution PMMA peut combler les trous entre les grilles aléatoires des CuNW.

Images topographiques AFM de a CuNW TCE et b CuNW/PMMA HTCE. Les images de gauche sont des images AFM originales, et les images de droite montrent la rugosité de surface RMS

Conclusions

Une méthode hydrothermale pour synthétiser des CuNW ultralongs et minces est proposée dans cet article. Le diamètre moyen des CuNW est d'environ 35 nm et la longueur moyenne est d'environ 100 μ m, et le rapport hauteur/largeur correspondant est d'environ 2857. Les matières premières concernées incluent CuCl₂ ·2H₂ O, ODA et acide ascorbique, qui sont tous très bon marché et non toxiques. Dans le processus hydrothermal, CuCl₂ ·2H₂ L'O fournit une source de cuivre, l'acide ascorbique agit comme agent réducteur et l'ODA a été utilisé comme agent de coiffage.

Les TCE CuNW ont été fabriqués par des CuNW préparés par la méthode hydrothermale. Le meilleur résultat que nous ayons obtenu pour les expressions culturelles traditionnelles du CuNW était R _s =26,23 \(\Omega /\square \) pour T=89,06 % à 550 nm (hors substrat PET). Le processus de fabrication du TCE a été réalisé à température ambiante, et il n'y avait pas besoin de post-traitement tel qu'un recuit thermique et un chauffage opto-thermique. Pour réduire la rugosité et empêcher l'oxydation des TCE CuNW, nous avons fabriqué des HTCE CuNW/PMMA. Les expériences ont montré que le CuNW/PMMA HTCE possédait une rugosité inférieure et une activité antioxydante plus élevée que le CuNW TCE.

Abréviations

AFM :

Microscope à force atomique

AgNW :

Nanofils d'argent

CuNP :

Nanoparticules de cuivre

CuNW :

Nanofils de cuivre

HDA :

Hexadécylamine

HRTEM :

Microscopie électronique à transmission haute résolution

HTCE :

Electrode conductrice transparente hybride

HTCE :

Électrodes conductrices transparentes hybrides

ITO :

Oxyde d'étain d'indium

MCE :

Ester de cellulose mixte

ODA :

Octadécylamine

OLED :

Diodes électroluminescentes organiques

PET :

Polyéthylène téréphtalate

PMMA :

Poly(méthacrylate de méthyle)

PVP :

Polyvinylpyrrolidone

RMS :

Moyenne quadratique

TCE :

Électrode conductrice transparente

TCE :

Électrodes conductrices transparentes

TEM :

Microscopie électronique à transmission

XRD :

Diffraction des rayons X