+86-757-8128-5193

Tentoonstelling

Toepassingen van Silver Nanodraden op transparante geleidende Film en elektrode elektrochemische Capacitor

Abstract

Silver nanodraadje heeft potentiële toepassingen op transparante geleidende film en de elektrode van elektrochemische condensator vanwege de uitstekende geleidbaarheid. Transparante geleidende film (G-film) werd bereid door het coaten zilveren nanodraden op glassubstraat gebruik strijkmes methode, die betere prestaties dan koolstof nanobuis en grafeen vertoonde. De geleidbaarheid van G-film kan worden verbeterd door sintertemperatuur. Elektrode elektrochemische condensator (I-film) werd vervaardigd door dezelfde methode G-film op indium tin oxide (ITO). CV curves van I-film onder verschillende scansnelheden had duidelijk redox pieken, waaruit bleek dat de I-film vertoonde uitstekende elektrochemische pseudocapaciteit prestaties en een goede omkeerbaarheid tijdens het laden / ontladen proces. Bovendien, de specifieke capaciteit van I-film werd gemeten door galvanostatic laad / ontlaad experimenten aangeeft dat I-film vertoont hoge specifieke capaciteit en uitstekende elektrochemische stabiliteit.

1. Inleiding

De laatste jaren edelmetaal nanomaterialen, vooral zilver nanomateriaal het middelpunt van het onderzoek vanwege hun unieke fysische en chemische eigenschappen, die veelvuldig gebruikt in katalyse [ 1 ], optische, elektrische [ 2 , 3 ], en antibacteriële [ 4 ] gebieden. Onder deze verschillende zilver nanostructuren heeft nanodraad intense krachten aangetrokken door de hoge dc geleidbaarheid en optische transmissie. Als optische inrichtingen kleiner en lichter worden, is er een toenemende behoefte aan efficiënte transparante elektroden. De meest voorkomende materiaal van transparante elektroden van indium tinoxide (ITO); echter kan ITO geen gelijke tred met de ontwikkeling van opto inrichtingen vanwege de hoge kosten, broosheid en kritische bereidingsproces. Hoewel mensen hebben geprobeerd om andere materialen te gebruiken om transparante elektroden, zoals koolstof nanotubes (CNTs) [fabriceren 5 - 8 ], grafeen [ 9 - 11 ] en geleidende polymeer [ 12 - 14 ], het probleem dat hoe verhouding bereiken transmissie naar laagweerstand (Rs) zo hoog ITO nog steeds niet opgelost. Daarom hebben veel groepen zetten inspanningen op metalen nanodraden, met name zilver nanodraden. Leem et al. [ 15 ] hebben zilver nanodraden pionierswerk als elektrode in zonnecellen, en de transmissie daarvan was 89,3% met een laag van Rs / M². Sindsdien zijn zilveren nanodraad films gefabriceerd door rod-coating techniek [ 16 ] en sterilisatie-coating methode [ 17 ]. Daarom kan zilver nanodraad worden gebruikt als vervanging van ITO in de toekomst. Om de Rs zilver nanodraad film, Bergin et al verder afnemen. [ 18 ] bestudeerden het effect van de lengte en diameter van zilveren nanodraden op hun eigenschappen. Langere nanodraden kan resulteren in lagere Rs te wijten aan minder verbindingen tussen nanodraden. Daarom is de bereiding van ultralong nanodraden is een urgent probleem. Naast het verlengen van nanodraad zijn eigenschappen verbeteren, Hu et al. toegepaste mechanische persing methode om de weerstand van kruispunten, welke verbinding zilver nanodraden dichter leidt tot de toename van de geleidbaarheid [kan verminderen 19 ]. Zij vinden ook dat het coaten van goud op de film is een efficiënte manier, die kan het oppervlak van zilver nanodraad glad wat leidt tot de daling van het kruispunt verzet. Zhu et al. [ 20 ] gebruikt plasmabehandeling om het polymeer gecoat op het oppervlak van zilveren nanodraad verwijderen en gelast de knooppunten, beter presteert zilver nanodraad film. Echter, de grote contactweerstand van internanowires nog een beperking van de ontwikkeling van zilver nanodraad films in optische en elektronische inrichtingen.

Bovendien kan zilver nanodraad ook als elektroden van elektrochemische condensator. Transparante condensatoren hebben potentiële toepassing op de opslag van energie [ 21 - 23 ]. Sorel et al. [ 24 ] bereid transparante condensator per sproeideklaag zilveren nanodraden op polymeerfilms, die condensator eigenschappen vertoonde met 1,1 uF / cm 2. In vergelijking met andere elektroden van de condensator, de specifieke capaciteit veel lager. Pan et al. [ 25 ] blijkt dat nanostructuur AgO elektrode toonde uitstekende elektrochemische eigenschappen, en zilver nanodraden kan worden geoxideerd tot Ag 2 O vormen Ag / Ag 2 O kern-schil nanostructuren gedurende het elektrochemisch proces [ 26 ]; Daarom, zilver nanodraad is een veelbelovende kandidaat van elektrochemische condensator.

In deze paper, we bereid zijn lange zilveren nanodraden met een eenvoudige methode gemeld in onze vorige werk. Op basis hiervan transparante geleidende film (G-film) en elektrode elektrochemische condensator (I-film) werd vervaardigd door bekleding van zilver nanodraden op glas of ITO respectievelijk, en de kenmerken werden onderzocht. De relatie tussen transmissie en Rs van G-film werd besproken. De geleidbaarheid van G-film werd verbeterd door sintertemperatuur. Door cyclische voltammetrie en galvanostatic laad / ontlaad experimenten werden de condensator eigenschappen van I-film bestudeerd, hetgeen aangeeft dat zilver nanodraad heeft hoge en stabiele elektrochemische capaciteit die kan worden gebruikt als materiaal van de elektrode elektrochemische pseudocapaciteit.

2. experimenteel

Zilvernitraat (AgNO 3 99 +%), natriumchloride (NaCl), ethyleenglycol (EG), geconcentreerd zwavelzuur (H 2 SO 4) en waterstofperoxide (H 2 O 2) werden allen aangekocht bij Nanjing Chemical Reagent Co. , Ltd. Polyvinylpyrrolidon (PVP K88) werd gekocht bij Aladdin. Indiumtinoxide (ITO) werd gekocht van Nanjing Chemical Reagent Co., Ltd.



De morfologieën en energie dispersieve Spectrometer (EDS) zilver nanodraden gemeten door scanning elektronenmicroscoop (SEM) (sirion, USA). De Rs zilver nanodraad film werd gemeten door vier-probe techniek met een Keithley 2701 bron meter. UV-vis spectra werden geregistreerd door een fiber-optic spectrometer (PG2000, Ideaoptics Technology Ltd., Shanghai, China). Elektrochemische capaciteit eigendom van zilver nanodraad elektrode wordt onderzocht door middel van cyclische voltammetrie (CV) en galvanostatic laden / ontladen metingen met behulp van een elektrochemische werkstation (CHI 760D, CH Instruments Co., Ltd.).

2,1. Voorbereiding van de Silver Nanodraden

Silver nanodraad werd voorbereid door de gemeld in onze vorige werk [methode 27 ]. Iedere synthese, l ml EG oplossing van AgNO 3 (0,9 M) en 0,6 mL EG oplossing van NaCl (0,01 M) werden toegevoegd aan 18,4 ml EG oplossing van PVP (0,286 M). Vervolgens werd het mengsel gedurende 20 min gerefluxt bij 185 ° C. Na de bovenstaande werkwijzen werden de overmaat PVP en EG verwijderd door toevoeging van gedeioniseerd water centrifugeren bij 14.000 rpm gedurende 10 min, 3 keer.

2.2. Procedure van Silver Films op glas en ITO

Het glas en ITO-substraten werden behandeld door de gemengde oplossing van geconcentreerd zwavelzuur en waterstofperoxide onder ultrasonicatie gedurende 30 minuten, waardoor ze hydrofiel te maken. In dit geval kan uniforme film worden verkregen. Zilver nanodraden bekleed op glas of ITO substraat met behandeling met behulp strijkmes en vervolgens gedurende 20 minuten verhit bij 150 ° C. De film verkregen op glassubstraat werd genoemd G-film. Monsters 1-5 zijn G-films gefabriceerd met 2 mM, 1,75 mM, 1,5 mM, 1 mM en 0,5 mM zilver nanodraden oplossing, respectievelijk. De film verkregen op de ITO werd genoemd I-film. De twee soorten films hebben verschillende eigenschappen als gevolg van verschillende substraten.

3. Resultaten en discussies

3,1. Morfologie van Silver Nanowire Film

Zoals getoond in Figuur 1 , werd uniform zilver nanodraad film bereid met strijkmes. De lengte van de meeste zilver nanodraad dan 5 μ m, die lang genoeg is om te worden aangesloten op een netwerk. De inzet in figuur 1 is zilver nanodraad colloïden. De kleur zilver colloïden geelachtig wit, overeenkomstig de mate gezuiverde zilver nanodraad colloïden na dwarsstroomfiltratie [ 28 ]. Bereiding van hoge opbrengst en lange zilveren nanodraden is bestudeerd door vele groepen; maar deze reactieprocessen gewoonlijk complex en moeilijk te controleren [ 29 , 30 ]. Zonder fijnregeling reactant concentraties en groeiproces, de verkregen zilveren nanodraden zijn altijd lage opbrengst gepaard met grote hoeveelheden bijproducten zoals nanocubes of nanobolletjes groeien van isotrope zaden, die de eigenschappen van zilver nanodraad films beïnvloedt.

3,2. Transparante geleidende Film

Optische transmissie over een groot golflengtebereik een belangrijke eigenschap voor transparante en geleidende film. Figuur 2 vertoont de transmissies van G-films met verschillende diktes, die werden vervaardigd op glazen substraten met verschillende concentraties zilver nanodraden. De transmissie van het monster 1 is 13%, wat erg laag. Wanneer de concentratie daalde van 2 mM tot 0,5 mM, de doorlaatbaarheid van monsters nog steeds vaker bereiken 31%, 58%, 62% en 65%, respectievelijk. Bovendien is te zien in figuur 2 dat de transmissies van G-films blijven stabiel in het nabij-infrarode gebieden, wat belangrijk is voor zonnecellen. De transmissie van ITO daalde van 1100 nm beschreven zijn plasmon resonantie piek bij 1300 nm [ 19 ]. De geleidbaarheid van G-films wordt ook beïnvloed door de dikte van de film. Zoals getoond in figuur 2 , met de toename van de dikte, de Rs van G-film daalt.

Zoals vermeld in de inleiding, is een groot probleem met het verbindingspunt van weerstand zilver nanodraad film verminderen. We vonden dat vergroting van de sintertemperatuur is een gemakkelijke en effectieve manier om de geleidbaarheid van zilver nanodraad film verbeteren. Zoals getoond in tabel 1 , wanneer de sintertemperatuur was 150 ° C, Rs monster 4 was / m². Toenemende sintertemperatuur tot 200 ° C, de Rs gedaald tot / m². Omdat de PVP bekleed op het oppervlak van zilveren nanodraden gedeeltelijk bij 200 ° C ontleed, kan het oppervlak van zilveren nanodraden elkaar te verbinden tot hogere geleidbaarheid [ 31 ]. Bovendien, bij 200 ° C wat zilver nanodraden kunnen worden samengelast. Als de sintertemperatuur was 250 ° C, werd PVP bijna verwijderd en de meeste verbindingen tussen zilver nanodraden werden gesmolten waardoor de onderste Rs met / sq, die kan worden gezien in figuur 3 (a) . Als de sintertemperatuur was 300 ° C, hoewel sommige zilver nanodraden waren gebroken, de film nog een geleidend netwerk met lagere Rs ( / sq) in figuur 3 (b) . Wanneer echter dunnere voorbeeld 5 bij 300 ° C werd gesinterd werden veel zilver nanodraden gebroken waardoor geleidende film die kan worden gezien in figuur 3 (d) . Bij 400 ° C werden de zilveren nanodraden monster 4 bijna gebroken (in figuur 3 (c) ). Volgens ( 1 ) [ 20 ] We berekenen de uitvoering van transparante geleidende film kan beoordelen hoe hoger betekent de hogere verhouding van transmissie Rs. De monster 4 na behandeling bij 300 ° C was 116,5 die hoger is dan die van koolstofnanobuisjes [ 32 , 33 ] en grafeen [ 34 ]. Daarom G-films hebben potentiële toepassing op optoelectronic apparaten:

3,3. Elektrode elektrochemische Capacitor

De cyclische voltammetrie wordt gebruikt om de elektrochemische eigenschappen van I-film te evalueren. Al deze elektrochemische metingen worden uitgevoerd in 1,0 M KOH met een drie-elektrodensysteem. Figuur 4 vertoonden CV curves van I-film elektrode met een scansnelheid van 10 tot 100 mV s -1. De CV curve van I-film vertoont zeker anders capacitieve eigenschappen van elektrische dubbele laag capaciteit die rechthoekige CV curve. Verschillende redox piek te zien is in figuur 4 in de aangelegde potentiaal van -0,5 tot 0,5 V versus Hg / HgO gevolge van de redoxreactie tussen Ag en Ag 2 O [ 35 ] beschreven ( 2 ). De capaciteit van I-film bij verschillende scansnelheden kunnen worden geschat door het gebied van de gesloten cirkel. Veranderingen in de capaciteit bij verschillende scansnelheden het gevolg zijn van die bij lage scansnelheden; de diffusie van ionen gedurende het reactiesysteem onbeperkt leidt volledig gebruikmaken van zilver nanodraad als elektrode, terwijl bij hoge scansnelheden de capaciteit voert double-layer of non-Faradic gedrag dat zilver niet volledig geoxideerd of gereduceerd waardoor de daling van de capaciteit [ 36 ]. De resultaten geven aan dat I-film toont uitstekende elektrochemische pseudocapaciteit prestaties en een goede omkeerbaarheid tijdens het laden / ontladen proces:

Meestal, zilver ervaart een omgekeerde redox in een alkalische toestand. In de eerste stap wordt elektrochemisch geoxideerd tot Ag Ag 2 O door , Waardoor een watermolecuul en twee elektronen. In een omgekeerde richting, werd een watermolecuul gescheiden in en Zodat Ag 2 O kan worden teruggebracht tot Ag door verlaten . Dientengevolge werden zilver nanodraden omgevormd tot Ag / Ag 2 O kern-schil nanostructuren zoals figuur 5 (a) vertoonde. Om de productie van Ag 2 O detecteren tijdens het proces, de EDS met een grote puntgrootte (ongeveer 5 μ m) uitgevoerd. In figuur 5 (b) , kunnen we de percentages elementen zien. EDS-spectrum vertoonde dat de atoomverhouding tussen Ag en O kleiner is dan twee. De reden is dat bronnen van zuurstof uit Ag 2 O en PVP die vallen op het oppervlak van zilveren nanodraden, en de kern van zilver nanodraden nog Ag element. Zo is het experiment resultaat is consistent met de theorie en toont de vorm van Ag 2 O / Ag kern-schil nanostructuren tijdens de laad / ontlaad proces.

Er is een lineair verband tussen de scansnelheid en de respons-stroom volgens ( 3 ) [ 37 ], waarbij is de afvoer huidige (mA); is de capaciteit; is de scansnelheid van de cyclische voltammetrie. De afgesloten ruimte van de cyclische voltammetrie curve kan worden gebruikt om de elektrochemische capaciteit schatten. De specifieke capaciteit wordt berekend met ( 4 ), waarbij is de oppervlakte actieve stof (cm 2):

De galvanostatische laad / ontlaad experimenten worden uitgevoerd bij een potentiaal raam van -0,5 tot 0,5 V aan de specifieke capaciteit van I-film te bestuderen. Figuur 6 toont de galvanostatische laad / ontlaad curves I-film bij een stroomdichtheid 0,5-6 mA cm -2. Zoals Tabel 2 toonde de specifieke capaciteit van I-film toe 42,2-41,76 mF / cm2 wanneer de stroom dichtheid werd verhoogd 0,5-3,0 mA / cm 2, die slechts 1% verval. De specifieke capaciteit van I-film sterk afgenomen tot 27 mF / cm2 onder 6,0 mA / cm2. De reden hiervoor is dat grotere stroomdichtheid leidt tot kortere tijd van redox tussen Ag / Ag 2 O, zodat ionen niet voldoende diffunderen van elektrolyt en interfase [ 26 ]. Bovendien is het oppervlak van nanodraden onder PVP, die ook invloed hebben op de lading / ontlading [ 38 ]. Figuur 7 voorgesteld dat de capaciteit retentie van I-film bij een stroomdichtheid van 6 mA / cm 2 94,2% van de initiële waarde kan bereiken na 100 cycli. Dientengevolge, de I-film elektrode een goede stabiliteit bij continue cycli.

4. Conclusies

G-film en I-film zijn vervaardigd door het bekleden van zilveren nanodraden op glas en ITO, respectievelijk. De transmissie van G-film toe met de afname van de dikte van G-film en de geleidbaarheid worden verbeterd door sintertemperatuur toegeschreven aan het verwijderen van PVP en lassen van verbindingen van zilver nanodraden. De resultaten toonden aan dat G-film bezat hogere verhouding van doorlating tot Rs dan koolstof nanobuis en grafeen, een veelbelovende vervanging van ITO toegepast optoelectronic gebieden. Bovendien, de CV curves van I-film onder verschillende scansnelheden had duidelijk redox pieken aangeeft zijn goede prestaties elektrochemische pseudocapaciteit en goede omkeerbaarheid tijdens laad / ontlaadproces. Door galvanostatic laad / ontlaad-experimenten, kan men zien dat de specifieke capaciteit van I-film is afhankelijk van de stroomdichtheid en I-film vertoont hoge elektrochemische stabiliteit. Bij lage stroomdichtheid, kan het verval van specifieke capaciteit worden genegeerd terwijl bij hoge stroomdichtheid, de specifieke capaciteit sterk vervallen door kort voor de diffusie van ionen. Daarom zilver nanodraden hebben veel potentiële toepassingen in opto-elektronische apparaten.

Belangenverstrengeling

De auteurs verklaren dat er geen sprake is van belang met betrekking tot de publicatie van dit document.

Dankwoord

Dit werk wordt ondersteund door NSFC onder Grant niet. 61307066, Doctoral Fonds van het ministerie van Onderwijs van China onder Grants nos. 20110092110016 en 20130092120024, Natural Science Foundation van de provincie Jiangsu in het kader van Grant geen. BK20130630, de Nationale Basic Research Program van China (973 Program) onder Grant niet. 2011CB302004, en de Stichting van de Key Laboratory van Micro-Inertial Instrument en Advanced Navigation Technology, Ministerie van Onderwijs, China, onder Grant niet. 201204.



Huis | Informatie | Producten | Nieuws | Tentoonstelling | Neem contact op met ons | Onderzoek | Mobiele telefoon | XML | Main Page

TEL: +86-757-8128-5193  E-mail: chinananomaterials@aliyun.com

Guangdong Nanhai ETEB Technology Co., Ltd