نرم افزار نقره نانوسیم ها بر روی فیلم رسانای شفاف و الکترود الکتروشیمیایی خازن

- Mar 06, 2017-

چکیده

نانوسیم نقره ای دارای کاربردهای بالقوه در فیلم رسانای شفاف و الکترود خازن الکتروشیمیایی با توجه به هدایت عالی آن است. فیلم رسانای شفاف (G-فیلم) توسط پوشش نانوسیم نقره در بستر شیشه ای با استفاده از روش میله مایر، که به نمایش گذاشته عملکرد بهتری نسبت به نانولوله های کربنی و گرافن آماده شد. هدایت از G-فیلم را می توان با افزایش درجه حرارت پخت بهبود یافته است. الکترود خازن الکتروشیمیایی (I-فیلم) از طریق همان روش با G-فیلم بر روی اکسید قلع ایندیوم (ITO) ساخته شد. منحنی CV از من فیلم تحت نرخ های مختلف اسکن قله ردوکس آشکار، که نشان داد که من فیلم به نمایش گذاشته عملکرد عالی pseudocapacitance الکتروشیمیایی و برگشت خوب در طول فرایند شارژ / دشارژ بود. علاوه بر این، خازن خاص از من فیلم توسط آزمایش های شارژ / دشارژ گالوانوستات اندازه گیری شد، نشان می دهد که من فیلم نمایشگاه خازن ویژه بالا و ثبات الکتروشیمیایی بسیار عالی است.

1. معرفی

در سال های اخیر، نانومواد فلز نجیب، نانومواد به ویژه نقره ای تبدیل به کانون تحقیقاتی به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد خود را، که به طور گسترده در تجزیه استفاده می شود [ 1 ]، نوری، الکتریکی [ 2 ، 3 ]، و ضد باکتری [ 4 ] مناطق. در میان این نانوساختارها مختلف نقره ای، نانوسیم نیروهای شدید با توجه به هدایت DC بالا و عبور نوری جذب کرده است. به عنوان دستگاههای الکترونیک نوری کوچکتر و سبکتر تبدیل شده است، افزایش نیاز به الکترودهای شفاف کارآمد است. شایع ترین مواد الکترودهای شفاف اکسید قلع ایندیوم (ITO) است. با این حال، ITO می توانید همگام با توسعه دستگاههای الکترونیک نوری به دلیل هزینه بالا، شکنندگی و روند آماده سازی بحرانی آن را حفظ کند. اگر چه مردم تلاش کرده اند به استفاده از مواد دیگر برای ساخت الکترودهای شفاف، مانند نانولوله های کربنی (CNTs) [ 5 - 8 ]، گرافن [ 9 - 11 ]، و انجام پلیمر [ 12 - 14 ]، مشکل این است که چگونه برای رسیدن به نسبت عبور به مقاومت صفحه (RS) عنوان بالا به عنوان ITO هنوز هم نمی توان حل کرد. بنابراین، بسیاری از گروه های تلاش در نانوسیم های فلزی، به ویژه نانوسیم نقره قرار داده است. Leem و همکاران [ 15 ] نانوسیم نقره به عنوان الکترود در سلول های خورشیدی پیشتاز بوده اند، و عبور از آن 89.3٪ با RS کم بود / مربع از آن زمان، فیلم نانوسیم نقره با روش میله پوشش [ساخته شده است 16 ] و روش عقیم کردن پوشش [ 17 ]. بنابراین، نانوسیم نقره می تواند به عنوان یک جایگزین از ITO در آینده استفاده می شود. به منظور کاهش بیشتر روپیه فیلم نانوسیم نقره ای، برگن و همکاران [ 18 ] اثرات طول و قطر نانوسیم نقره بر خواص آن ها پرداخت. نانوسیم دیگر نمی تواند در روپیه پایین به دلیل ارتباط کمتری بین نانوسیم شود. بنابراین، آماده سازی از نانوسیم ultralong یک مسئله فوری است. به غیر از افزایش طول نانوسیم به منظور بهبود خواص آن، هو و همکاران روش مکانیکی با فشار دادن برای کاهش مقاومت اتصالات، که می تواند اتصال از نانوسیم نقره نزدیک تر منجر به افزایش هدایت [را اعمال 19 ]. آنها همچنین دریافتند که پوشش طلا در این فیلم یک راه کارآمد، که می تواند سطح نانوسیم نقره صاف منجر به کاهش مقاومت اتصال است. زو و همکاران [ 20 ] استفاده پلاسما به حذف پوشیده شده با پلیمر بر روی سطح نانوسیم نقره و جوش داده شده از اتصال بهبود عملکرد فیلم نانوسیم نقره ای. با این حال، در برابر تماس با زیادی از internanowires است که هنوز یک محدودیت توسعه فیلم نانوسیم نقره در دستگاههای الکترونیک نوری و الکترونیکی.

علاوه بر این، نانوسیم نقره نیز می تواند به عنوان الکترود خازن الکتروشیمیایی استفاده می شود. خازن شفاف کاربرد بالقوه در ذخیره سازی انرژی [ 21 - 23 ]. سورل و همکاران [ 24 ] خازن شفاف نانوسیم نقره اسپری پوشش پلیمر فیلم، که خواص خازن با 1.1 UF / سانتی متر 2 نمایش گذاشته آماده شده است. با این حال، در مقایسه با سایر الکترود خازن، خازن خاص بسیار پایین تر بود. حرکت و همکاران [ 25 ] نشان داد که نانوساختار الکترود پیش نشان داد خواص الکتروشیمیایی بسیار عالی، و نانوسیم نقره را می توان به نقره 2 O اکسید تشکیل نقره / نقره در طول فرآیند الکتروشیمیایی 2 O نانوساختارهای هسته-پوسته [ 26 بنابراین، نانوسیم نقره یک نامزد وعده خازن الکتروشیمیایی است.

در این مقاله، ما نانوسیم نقره طولانی توسط یک روش ساده گزارش در کار قبلی ما آماده شده است. بر این اساس، فیلم رسانای شفاف (G-فیلم) و الکترود خازن الکتروشیمیایی (I-فیلم) توسط پوشش نانوسیم نقره بر روی شیشه و یا ITO، به ترتیب ساخته شد، و ویژگی های آنها مورد بررسی قرار گرفت. رابطه بین عبور و روپیه از G-فیلم مورد بحث قرار گرفت. هدایت از G-فیلم با افزایش درجه حرارت پخت بهبود یافته است. توسط ولتامتری چرخهای و شارژ گالوانوستات / آزمایش ترشحات، خواص خازن I-فیلم، مورد مطالعه قرار گرفت که نشان می دهد نانوسیم نقره ای خازن الکتروشیمیایی بالا و با ثبات است که می تواند به عنوان ماده الکترود از pseudocapacitance الکتروشیمیایی استفاده می شود.

2. تجربی

نیترات نقره (انیو 3 99 +٪)، کلرید سدیم (نمک طعام)، اتیلن گلیکول (EG)، اسید سولفوریک غلیظ (H 2 SO 4)، و پراکسید هیدروژن (H 2 O 2) همه از Nanjing معرف های شیمیایی شرکت خریداری شد ، آموزشی ویبولیتین پلی وینیل پیرولیدین (PVP، K88) از Aladdin خریداری شد. اکسید قلع ایندیوم (ITO) از Nanjing معرف های شیمیایی شرکت، آموزشی ویبولیتین خریداری شد



مورفولوژی و انرژی طیف سنج انتشاری (EDS) از نانوسیم نقره توسط اسکن میکروسکوپ الکترونی (SEM) (سیریون، USA) اندازه گیری شد. روپیه فیلم نانوسیم نقره با روش چهار پروب با یک منبع متر KEITHLEY 2701 اندازه گیری شد. UV-vis مورد طیف های یک طیف سنج فیبر نوری (PG2000، Ideaoptics فناوری آموزشی ویبولیتین، شانگهای، چین) ثبت شد. اموال خازن های الکتروشیمیایی الکترود نانوسیم نقره از طریق ولتامتری چرخهای (CV) و مسئول گالوانوستات بررسی / اندازه گیری تخلیه با استفاده از یک ایستگاه کاری الکتروشیمیایی (CHI 760D، CH، آموزشی ویبولیتین).

2.1. آماده سازی از نانوسیم نقره ای

نانوسیم نقره ای با استفاده از روش گزارش در کار قبلی ما [آماده شد 27 ]. در هر سنتز، L میلی لیتر محلول EG از انیو 3 (0.9 M) و 0.6 میلی لیتر محلول EG نمک طعام (0.01 M) به 18.4 میلی لیتر محلول EG از PVP (0.286 متر) اضافه شد. سپس مخلوط را در 185 درجه سانتی گراد به مدت 20 دقیقه (Reflux) شد. پس از فرآیندهای فوق، PVP بیش از حد و به عنوان مثال با اضافه کردن آب مقطر سانتریفوژ در 14،000 دور در دقیقه به مدت 10 دقیقه، 3 بار حذف شدند.

2.2. روش فیلم و نقره ای در شیشه ای و ITO

لایه شیشه و ITO توسط راه حل ترکیبی از اسید سولفوریک غلیظ و پراکسید هیدروژن تحت امواج فراصوت به مدت 30 دقیقه، که می توانید آنها را آب دوست را تحت درمان قرار گرفتند. در این مورد، فیلم یکنواخت می توان بدست آورد. نانوسیم نقره ای بر روی شیشه و یا بستر ITO با درمان پوشش داده شدند، با استفاده از میله مایر، و پس از آن در 150 درجه سانتی گراد به مدت 20 دقیقه گرم می شود. این فیلم به دست آمده در بستر شیشه ای G-فیلم نام گرفت. نمونه از 1 به 5 G-فیلم ساخته شده با 2 میلی متر، 1.75 میلیمتر، 1.5 میلی متر، 1 میلی متر، و 0.5 میلی متر نقره ای راه حل نانوسیم بود. این فیلم به دست آمده در ITO I-فیلم نام گرفت. دو نوع از فیلم دارای خواص مختلف به دلیل بسترهای مختلف.

3. نتایج و بحث

3.1. مورفولوژی و نقره ای نانوسیم فیلم

همانطور که در شکل نشان داده شده است 1 و لباس فیلم نانوسیم نقره با استفاده از میله مایر آماده شد. طول ترین نانوسیم نقره بیش از 5 μ متر است، که به اندازه کافی بلند به یک شبکه متصل است. افزودگی در شکل 1 کلوئید نانوسیم نقره ای است. رنگ کلوئید نقره ای سفید مایل به زرد، شبیه به کلوئید نانوسیم نقره بالا تمیز به دست آمده پس از فیلتراسیون با جریان متقاطع [است 28 ]. آماده سازی عملکرد بالا و نانوسیم نقره ای شده است توسط بسیاری از گروه مورد مطالعه؛ با این حال، این فرآیند واکنش معمولا پیچیده و یا دشوار برای کنترل [ 29 ، 30 ]. بدون کنترل خوب از غلظت مواد و فرایند رشد، نانوسیم نقره به دست آمده همیشه در عملکرد کم همراه با مقادیر زیادی از سیرابی مانند nanocubes یا نانوکرههای در حال رشد از دانه های همسانگرد، که خواص فیلم نانوسیم نقره تاثیر می گذارد.

3.2. فیلم رسانای شفاف

عبور نوری بیش از یک محدوده طول موج های بزرگ، ویژگی مهمی برای فیلم شفاف و رسانا است. شکل 2 نمایشگاه های transmittances از G-فیلم با ضخامت های متفاوت، که در لایه های شیشه ای با غلظت های مختلف از نانوسیم نقره ساخته شد. عبور از نمونه 1 13٪ است، که بسیار کم است. هنگامی که غلظت از 2 میلی متر به 0.5 میلی متر کاهش یافته است، عبور از نمونه گرایشی فزاینده رسیدن به 31٪، 58٪، 62٪ و 65٪ نشان داد. علاوه بر این، می توان آن را در شکل دیده می شود 2 که transmittances از G-فیلم حفظ ثبات در مناطق نزدیک به مادون قرمز، که برای سلول های خورشیدی مهم است. با این حال، عبور از ITO از 1100 نانومتر را به اوج رزونانس پلاسمون خود را در 1300 نانومتر [توصیف کاهش 19 ]. هدایت از G-فیلم نیز توسط ضخامت فیلم تحت تاثیر قرار. همانطور که در شکل نشان داده شده است 2 ، با افزایش ضخامت، روپیه از G-فیلم قطره.

همانطور که در مقدمه ذکر شد، این یک مشکل بزرگ برای کاهش مقاومت محل اتصال فیلم نانوسیم نقره ای است. ما در بر داشت که افزایش درجه حرارت پخت یک راه آسان و موثر برای بهبود هدایت فیلم نانوسیم نقره ای است. همانطور که در جدول نشان داده شده است 1 ، هنگامی که درجه حرارت پخت 150 درجه سانتی گراد بود، روپیه از نمونه 4 / مربع افزایش درجه حرارت پخت تا 200 درجه سانتی گراد، روپیه کاهش یافته است به / مربع از آنجا که PVP پوشش داده شده در سطح نانوسیم نقره تا حدی در 200 درجه سانتی گراد تجزیه شد، سطوح از نانوسیم نقره می تواند با هم ارتباط برقرار منجر به هدایت بالاتر [ 31 ]. علاوه بر این، در 200 درجه سانتی گراد برخی نانوسیم نقره می توان با هم جوش داده شده. هنگامی که درجه حرارت پخت 250 درجه سانتی گراد بود، PVP تقریبا برداشته شد و بسیاری از اتصالات بین نانوسیم نقره در روپیه پایین تر با نتیجه ذوب شد / مربع، که می تواند در شکل دیده می شود 3 (الف) . هنگامی که درجه حرارت پخت 300 درجه سانتی گراد، بود هر چند برخی از نانوسیم نقره شکسته شد، این فیلم هنوز هم یک شبکه رسانا با روپیه کمتر بود ( / مربع) نشان داده شده در شکل 3 (ب) . با این حال، هنگامی که نمونه نازک تر 5 در دمای 300 ° C سینتر شد، بسیاری از نانوسیم نقره منجر به فیلم نارسانا است که می تواند در شکل دیده می شود شکسته شد 3 (د) . در 400 درجه سانتی گراد، نانوسیم نقره نمونه 4 تقریبا شکسته شد (در شکل 3 (ج) ). با توجه به ( 1 ) [ 20 ]، ما می توانیم محاسبه که می تواند عملکرد از فیلم شفاف رسانا ارزیابی، بالاتر به معنی نسبت بالاتر انتقال به روپیه. نمونه 4 پس از در 300 درجه سانتی گراد درمان 116.5 است که بالاتر از نانولوله های کربنی [بود 32 ، 33 ] و گرافن [ 34 ]. بنابراین، G-فیلم کاربرد بالقوه در دستگاههای الکترونیک نوری:

3.3. الکترود الکتروشیمیایی خازن

ولتامتری چرخهای برای ارزیابی خواص الکتروشیمیایی من فیلم استفاده می شود. همه اندازه گیری ها الکتروشیمیایی در 1.0 M KOH با استفاده از یک سیستم سه الکترود انجام شده است. شکل 4 منحنی CV الکترود من فیلم در یک نرخ اسکن از 10 تا 100 ولت بازدید کنندگان -1 نشان داد. منحنی CV از نمایشگاه I-فیلم قطعا خواص خازن از برق خازن دو لایه است که منحنی CV مستطیل شکل است. اوج ردوکس متمایز می توان از شکل دیده می شود 4 در پتانسیل اعمال شده از -0.5 تا 0.5 V را بر حسب HG / HgO ناشی از واکنش ردوکس بین نقره و نقره 2 O [ 35 ] به عنوان شرح ( 2 ). ظرفیت خازنی از من فیلم در نرخ اسکن های مختلف را می توان با مساحت دایره بسته برآورد شده است. تغییرات در ظرفیت در نرخ های مختلف اسکن از که در نرخ اسکن پایین گردد. انتشار یون در سراسر سیستم واکنش نامحدود منجر به استفاده کامل از نانوسیم نقره به عنوان الکترود است، در حالی که در نرخ اسکن بالا، ظرفیت انجام دو لایه یا رفتار غیر Faradic به طوری که نقره به طور کامل اکسیده نمی یا کاهش در کاهش و در نتیجه از خازن [ 36 ]. نتایج نشان می دهد که I-فیلم نشان می دهد عملکرد عالی pseudocapacitance الکتروشیمیایی و برگشت خوب در طول فرایند شارژ / دشارژ:

معمولا، نقره ای را تجربه ردوکس معکوس در شرایط قلیایی. در مرحله اول، نقره است که الکتروشیمیایی به نقره 2 O توسط اکسید ، ترک یک مولکول آب و دو الکترون. در یک جهت صحبت، یک مولکول آب را به جدا شد و ، به طوری که نقره 2 O را می توان به Ag را با کاهش ترک . به عنوان یک نتیجه، نانوسیم نقره را به نقره / نقره تبدیل شد 2 نانوساختارها O هسته-پوسته شکل 5 (A) نشان داد. برای تشخیص تولید نقره 2 O در طول این روند، EDS با اندازه نقطه های بزرگ (حدود 5 μ متر) انجام شد. در شکل 5 (ب) ، ما می توانیم درصد عناصر را ببینید. طیف EDS به نمایش گذاشته که نسبت اتم بین نقره و O کمتر از دو است. دلیل آن این است که منابع اکسیژن از Ag 2 O و PVP که بر روی سطح نانوسیم نقره پوشش داده شده است، و هسته از نانوسیم نقره است که هنوز هم عنصر نقره. بنابراین، نتیجه آزمایش مطابق با نظریه است و به شکل نقره 2 نشان می دهد O / نقره نانوساختارهای هسته-پوسته در طول فرآیند شارژ / دشارژ.

یک رابطه خطی بین سرعت اسکن و در حال حاضر پاسخ با توجه به وجود دارد ( 3 ) [ 37 ]، که در آن جریان تخلیه (MA) است. خازن است. به سرعت اسکن از ولتامتری چرخهای است. منطقه محصور در خشکی از منحنی ولتامتری چرخهای می توان برای تخمین ظرفیت الکتروشیمیایی. خازن های خاص با استفاده از محاسبه ( 4 )، که در آن این منطقه از مواد فعال (سانتی متر 2) است:

آزمایش شارژ / دشارژ گالوانوستات در یک پنجره بالقوه از -0.5 تا 0.5 V به مطالعه خازن خاص از من فیلم انجام شده است. شکل 6 در یک تراکم جریان 0.5-6 میلی آمپر سانتی متر -2 منحنی شارژ / دشارژ گالوانوستات از من فیلم. همانطور که در جدول 2 نشان داد، ظرفیت خاص از من فیلم 42.2-41.76 MF / سانتی متر 2 افزایش یافته است که چگالی جریان 0.5-3.0 میلی آمپر / سانتی متر 2 است، که تنها 1٪ از پوسیدگی افزایش یافته است. با این حال، خازن خاص از من فیلم به شدت به 27 MF / سانتی متر 2 تحت 6.0 آمپر / سانتی متر 2 کاهش یافته است. دلیل آن این است که نتایج چگالی جریان بزرگتر در زمان کوتاه تر از ردوکس بین نقره / نقره 2 O، به طوری که یونهای زمان کافی نیست به پخش از الکترولیت و تعیین [ 26 ]. علاوه بر این، سطح نانوسیم است PVP، که همچنین اثر بر نرخ شارژ / دشارژ [تحت پوشش 38 ]. شکل 7 ارائه شده است که حفظ ظرفیت من فیلم در یک تراکم جریان از 6 آمپر / سانتی متر 2 می توانید 94.2 درصد از مقدار اولیه پس از 100 چرخه دست یابد. به عنوان یک نتیجه، الکترود I-فیلم تا به ثبات خوب در طول چرخه مستمر.

4. نتیجه گیری

G-فیلم و من فیلم توسط پوشش نانوسیم نقره بر روی شیشه، ITO، به ترتیب ساخته شده است. عبور از G-فیلم با کاهش ضخامت G-فیلم افزایش یافته است، و هدایت می توان با افزایش درجه حرارت پخت منسوب به حذف از PVP و جوش اتصالات از نانوسیم نقره بهبود یافته است. نتایج نشان داد که G-فیلم نسبت بالاتر انتقال به روپیه تر از نانولوله های کربنی و گرافن است، که یک جایگزین امیدوار کننده از ITO در مناطق اپتوالکترونیکی اعمال شده بود. علاوه بر این، منحنی CV از من فیلم تحت نرخ های مختلف اسکن قله ردوکس آشکار نشان دهنده عملکرد خوب خود را از pseudocapacitance الکتروشیمیایی و برگشت خوب در طول فرایند شارژ / دشارژ بود. از طریق آزمایش شارژ / دشارژ گالوانوستات، آن دیده می شود که خازن خاص از من فیلم بستگی به چگالی جریان، و من فیلم نمایشگاه ثبات الکتروشیمیایی بالا. در چگالی جریان پایین، فروپاشی از خازن های خاص را می توان نادیده گرفت در حالی که، در چگالی جریان بالا، ظرفیت خاص به طور چشمگیری به دلیل زمان کوتاه را برای انتشار یون های فاسد. بنابراین، نانوسیم نقره کاربردهای بالقوه بزرگ در دستگاه های الکترونیکی.

تضاد علایق

نویسنده اعلام می کند که هیچ تضاد منافع با توجه به انتشار این مقاله وجود دارد.

تشکر و قدردانی

این کار توسط NSFC تحت گرانت پشتیبانی نمیشود. 61307066، صندوق دکتری وزارت آموزش و پرورش چین واگذار شماره 20110092110016 20130092120024 و بنیاد علوم طبیعی استان جیانگ سو تحت گرانت هیچ. BK20130630، برنامه ملی تحقیقات عمومی چین (973 برنامه) تحت گرانت هیچ. 2011CB302004، و بنیاد از آزمایشگاه های کلیدی از میکرو اسباب ساز و پیشرفته ناوبری فناوری، وزارت آموزش و پرورش، چین، تحت گرانت هیچ. 201،204.



یک جفت:جوهر رسانا در 2017: بزرگ بعدی چیزهایی بعدی:نانوذرات نقره