導(dǎo)電銀-納米線光敏聚合物復(fù)合材料：3D打印可實(shí)現(xiàn)更高的功能

近日,，研究人員發(fā)表的《導(dǎo)電銀-納米線光敏聚合物復(fù)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(duì)銀-納米線-聚合物復(fù)合材料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),，并指出導(dǎo)電層對(duì)于特定的制造需求（例如電子應(yīng)用）至關(guān)重要,。然而,，復(fù)合材料必須具有很強(qiáng)的抗隧穿性（因?yàn)殡娮訌囊粋�(gè)納米顆粒轉(zhuǎn)移到另一個(gè)納米顆粒），并且由于結(jié)塊和強(qiáng)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(dǎo)率的材料,。對(duì)于納米線，可以采用另一條途徑,，因?yàn)樗�“繞過了導(dǎo)線方向的隧穿電阻”,。

銀納米線（Ag-NW）復(fù)合材料提供了要求導(dǎo)電性的“可縮放工藝”，包括：

• 電子產(chǎn)品
• 觸摸屏
• 集成光伏
• 先進(jìn)的光電設(shè)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(jié)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(shí)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(dǎo)致納米線連接和網(wǎng)絡(luò)的靈敏度更高,。

堅(jiān)韌的Ag-NW-聚合物復(fù)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(luò)（黑點(diǎn)）和Ag-NW復(fù)合物（紅色點(diǎn)）的薄層電阻,，聚合物交聯(lián)對(duì)Ag-NW復(fù)合物導(dǎo)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(cè)薄層電阻的可重復(fù)性,，但可以減少聚合物涂層對(duì)電導(dǎo)率的影響,。（b）通過Ag-NW和Ag-NW復(fù)合材料傳輸可見光到近紅外光。實(shí)線表示純聚合物或Ag-NW薄膜,，而虛線表示Ag-NW復(fù)合材料,。對(duì)于歸一化為裸玻璃基板的600nm至800nm之間的所有復(fù)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(fù)合材料和聚合物-Ag-NW（22μg/ cm 2）-聚合物多層樣品。請(qǐng)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(xué)顯微鏡圖像,。用Ulbricht球曝光期間測(cè)得的光電流I為650 μA。（e–g）涂層太陽能電池的照片,，光學(xué)顯微鏡圖像和測(cè)得的光電流（（e）Ag-NWs,，（f）聚合物，（g）復(fù)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(dāng)?shù)偷募{米線濃度下優(yōu)化了電導(dǎo)率,，這表明聚合物基質(zhì)與Ag-NW網(wǎng)絡(luò)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(fù)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(jié)果表明,，復(fù)合的Ag-NW聚合物材料可以作為導(dǎo)電和透光電極的競(jìng)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(qiáng)度刻度欄顯示在右側(cè),。從（a,，b）可以看出，從五角形形態(tài)的各個(gè)方面出發(fā),，從樣本水平開始的清晰的票價(jià)為36°±2°（用紅線表示）,。（d）模擬Ag-NWs的關(guān)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(qiáng)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(yīng)地,，將所有切口均歸一化為I（0,，qz1,2,3）處的強(qiáng)度。顏色代碼對(duì)應(yīng)于（a–c）,。

在合成的初始階段,，在SEM評(píng)估中也證實(shí)了五重孿晶種子的形成，具有五邊形結(jié)構(gòu)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(guān)鍵特征,，從而建立了五角形形態(tài)。

對(duì)于3D打印,，研究團(tuán)隊(duì)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(fù)合材料在提高功能性方面的作用,。

柔性Ag-NW復(fù)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(yīng)用兩種不同的聚合物,，我們制造出了具有不同性能的復(fù)合材料,，并針對(duì)兩種特定應(yīng)用進(jìn)行了測(cè)試。首先,，我們通過調(diào)整堅(jiān)韌透明的基于HDDA的聚合物基質(zhì)中的Ag-NW濃度,，優(yōu)化了Ag-NW復(fù)合材料以用作透明頂部觸點(diǎn),。研究人員總結(jié)說：“我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了13Ω/ sq的薄層電阻和700nm的90％的相應(yīng)透射率�,！� “其次,，我們?cè)趶?fù)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(jì)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(jì)相關(guān)性的嵌入式納米結(jié)構(gòu)和界面,。Tis表明,，GISAXS可以進(jìn)一步發(fā)展為一種出色的技術(shù)，用于研究3D打印和技術(shù)相關(guān)的薄膜中的嵌入式納米結(jié)構(gòu),�,！�

材料科學(xué)不斷發(fā)展，在其中,，復(fù)合材料已成為許多不同應(yīng)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(zhì)素以及其他木質(zhì)復(fù)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/