導電銀-納米線光敏聚合物復合材料：3D打印可實現(xiàn)更高的功能

近日,，研究人員發(fā)表的《導電銀-納米線光敏聚合物復合材料的功能打印》中概述了他們的發(fā)現(xiàn)，研究人員解釋說,，聚合物在3D打印中的使用及其存在的固有挑戰(zhàn)已經(jīng)造成了很大的局限性,，他們對銀-納米線-聚合物復合材料進行了實驗，并指出導電層對于特定的制造需求（例如電子應用）至關重要,。然而,，復合材料必須具有很強的抗隧穿性（因為電子從一個納米顆粒轉移到另一個納米顆粒），并且由于結塊和強光子吸收等問題,，以前的研究人員一直在努力創(chuàng)造出具有合適電導率的材料,。對于納米線，可以采用另一條途徑,，因為它“繞過了導線方向的隧穿電阻”,。

銀納米線（Ag-NW）復合材料提供了要求導電性的“可縮放工藝”，包括：

• 電子產(chǎn)品
• 觸摸屏
• 集成光伏
• 先進的光電設備
• 生物傳感器
  

樣品涂有Ag-NW層,，用UV光固化,，然后通過多元醇路線合成。結果是納米線展現(xiàn)出高縱橫比-在這種情況下為100-1000,。樹脂在固化時趨于壓縮,，在聚合過程中,，基體的收縮壓在納米線上。缺乏密度還導致納米線連接和網(wǎng)絡的靈敏度更高,。

堅韌的Ag-NW-聚合物復合材料的表征和2D打印,。（a）通過比較三種不同的Ag-NW密度（26 μg / cm2）的Ag-NW網(wǎng)絡（黑點）和Ag-NW復合物（紅色點）的薄層電阻，聚合物交聯(lián)對Ag-NW復合物導電性的影響,，39 μg / cm2和65 μg / cm2）,。在高Ag-NW密度下，可以提高所測薄層電阻的可重復性,，但可以減少聚合物涂層對電導率的影響,。（b）通過Ag-NW和Ag-NW復合材料傳輸可見光到近紅外光。實線表示純聚合物或Ag-NW薄膜,，而虛線表示Ag-NW復合材料,。對于歸一化為裸玻璃基板的600nm至800nm之間的所有復合材料，透射率均大于87％,。與裸玻璃載玻片相比,，聚合物涂層減少了玻璃界面處的散射和反射，從而提高了透射率,。（c）生產(chǎn)的聚合物樣品的示例性層厚度和粗糙度：純聚合物層,，Ag-NW（7μg/ cm 2）復合材料和聚合物-Ag-NW（22μg/ cm 2）-聚合物多層樣品。請注意,，20-300 μm之間的層厚度代表功能性打印中的典型厚度,。厚度與表面粗糙度之比> 1000：1。（d）空白太陽能電池（單晶60010,，Sol-Expert）的照片和光學顯微鏡圖像,。用Ulbricht球曝光期間測得的光電流I為650 μA。（e–g）涂層太陽能電池的照片,，光學顯微鏡圖像和測得的光電流（（e）Ag-NWs,，（f）聚合物，（g）復合材料）,。

在增加納米線濃度的過程中,，降低了透射率，并在相當?shù)偷募{米線濃度下優(yōu)化了電導率,，這表明聚合物基質與Ag-NW網(wǎng)絡之間存在“微妙的相互作用”,。研究人員還發(fā)現(xiàn)，值得注意的是,，Ag-NW復合材料的表面粗糙度在110-160nm之間,，這歸因于聚合物的粗糙度。

研究人員說：“這些結果表明,，復合的Ag-NW聚合物材料可以作為導電和透光電極的競爭材料,�,！�

樣本中的二維（2D）GISAXS模式,。（a）Ag-NWs（58 μg / cm2）,。（b）涂有紫外線固化聚合物層的Ag-NWs（7μg / cm2）。（c）裸露的紫外線固化聚合物,。強度刻度欄顯示在右側,。從（a，b）可以看出,，從五角形形態(tài)的各個方面出發(fā),，從樣本水平開始的清晰的票價為36°±2°（用紅線表示）。（d）模擬Ag-NWs的關鍵散射特征,。（e）硅襯底上的Ag-NW的SEM圖像（Ag-NW密度約為120 μg / cm2）,。（f）多面Ag-NW的草圖（改編自44,45）。（g）強度的水平切割（I（qy,，qz1 = 0.63nm-1））,，（h）I（qy，qz2 = 0.78nm-1）,，（i）I（qy,，qz3 = 0.96nm-1） ）。相應地,，將所有切口均歸一化為I（0,，qz1,2,3）處的強度。顏色代碼對應于（a–c）,。

在合成的初始階段,，在SEM評估中也證實了五重孿晶種子的形成，具有五邊形結構和Ag-NW的孿晶頂部（盡管不適用于該材料）,。研究人員通過專用軟件模擬了GISAXS模式的關鍵特征,，從而建立了五角形形態(tài)。

對于3D打印,，研究團隊通過Formlabs制造了由Ag-NW和柔性光敏聚合物組成的電容器,。他們不僅能夠展示3D打印電子產(chǎn)品的潛力，而且還可以證明復合材料在提高功能性方面的作用,。

柔性Ag-NW復合電容器,。（a）電容器截面圖。（b）制作的Ag-NW電容器（10×10 mm2 ）的照片,。白虛線表示橫截面的位置,，在（a）中顯示。（c）彎曲在玻璃棒上的電容器的照片,，以顯示其柔韌性,。（d）具有Ag-NW的剝離的電容器的下部的截面圖,。

“通過應用兩種不同的聚合物，我們制造出了具有不同性能的復合材料,，并針對兩種特定應用進行了測試,。首先，我們通過調整堅韌透明的基于HDDA的聚合物基質中的Ag-NW濃度,，優(yōu)化了Ag-NW復合材料以用作透明頂部觸點,。研究人員總結說：“我們已經(jīng)實現(xiàn)了13Ω/ sq的薄層電阻和700nm的90％的相應透射率�,！� “其次,，我們在復合材料中使用了柔性聚合物基體，用于3D打印的柔性電容器,。

“大約7pF的容量與大約5pF的估計值非常吻合,。我們的表征涉及GISAXS，它可以研究具有高度統(tǒng)計相關性的嵌入式納米結構和界面,。Tis表明,，GISAXS可以進一步發(fā)展為一種出色的技術，用于研究3D打印和技術相關的薄膜中的嵌入式納米結構,�,！�

材料科學不斷發(fā)展，在其中,，復合材料已成為許多不同應用程序中提煉功能的重要組成部分,。研究人員正在研究各種各樣的添加劑，從玻璃纖維到木質素以及其他木質復合材料,，而許多不同的材料都具有潛力,，例如抗氧化劑。

編譯：3dprint.com/