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电子束辐射银纳米线高
细致阐明
通明加热器因其在车窗,户外表现器和潜望镜中的适用性而惹起了越来越多的存眷。ag真人介绍了基于银纳米线和电子束辐照的高功能通明加热器。ag真人取得了一个银纳米线薄膜,该薄膜在电子束照射120秒后在550 nm处具有48 ohm / sq的薄层电阻和88.8%(包罗衬底)的透射率。ag真人证明电子束在Ag纳米线的接壤处发生纳米焊接,从而发生较低的薄层电阻和改进的Ag纳米线的附着力。ag真人在电子束辐照后用银纳米线制造了通明加热器,并在7 V的施加电压下在1分钟内取得了51°C的温度。提出的技能将在通明加热器的普遍使用中有效。
通明加热器通常用于诸如车窗,军事空中车辆,潜望镜和大众信息表现器等使用中。尤其是,通明加热器的将来偏向将会合在防雾化的挡风玻璃,镜子和表现器上,以确保电子设置装备摆设在种种情况条件下的疾速呼应。氧化铟锡(ITO)膜已在产业中普遍用作通明膜加热器1。但是,ITO体现出较慢的热呼应而且必要庞大的制造工艺。别的,其易碎的陶瓷功能和昂贵的真空堆积工艺是其进一步开展的范围性2。因而,已普遍研讨了种种无铟通明导电质料作为ITO的替换质料:导电聚合物3,4石墨烯5,6,碳纳米管v7,8和几种导电氧化物,比方Al:ZnO9,Ga:ZnO10和F:SnO11 。此中,由于其通明性,低电阻率和无真空工艺,银纳米线(AgNWs)作为通明导电质料近来惹起了普遍的兴味12、13、14、15、16。但,必需办理一些根本题目,包罗外表粗度,周机器粘协力和高雾度功能17。研讨职员分外发明,有须要在AgNW中完成更高的电导率,以制造出高度通明的加热器。很多研讨陈诉说,AgNW电极可为设置装备摆设提供高程度的功能18、19。近来,E。C. Garnett等人。报道了一种用于高质量AgNW的新办法。他们以为,等离子焊接技能经过用卤素钨丝灯的照明在AgNWs的接合处提供极高的加热,所失掉的焊接AgNWs具有更高的电导率而没有断线20。但,该论文指出照明必需凌驾150°C的温度,而且该温度关于柔性基板不行承受。
为了克制这些题目,ag真人经过高温电子束辐照研讨了AgNW的电学,光学和布局特征。后果标明,电子束辐照明显低落了AgNWs的薄层电阻,从而加强了通明加热器使用中的热举动。
实行
如图1(a)所示,经过滴铸法将AgNWs涂覆在康宁玻璃上。然后,将涂覆的基材在60-70°C的温度下以17 m / s的速率在风中枯燥30秒钟。疏散液中AgNW的典范直径和长度辨别约为27–30 nm和5–10μm。将AgNWs以0.15分量%的浓度疏散在异丙醇(IPA)中。在玻璃上制造好AgNW之后,用电子束(Infovion inc。)在真空室内以150 W的RF功率和1.5 kV的DC功率辐照它们0-180秒。电子束源由一个外部RF(13.56 MHz)线圈天线和两个用于辨别开释Ar等离子体和使电子束朝着基板准直/减速的栅格电极构成22。用四点探针丈量AgNW的薄层电阻。经过紫外分光光度计在350–800 nm的波长范畴内丈量光学透射率。利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)取得样品的外表形状图像。为理解释布局特征,经过高辨别率透射电子显微镜(TEM)和TEM图像的选择地区电子衍射(SAED)剖析了AgNW薄膜。利用3M通明胶带测试机器粘协力。电压源间接毗连到铝箔电极的两头。利用数字万用表(Agilent,B1500a)丈量经过AgNW薄膜的电流。外表温度和热图像经过热像仪(Flir,i3)取得。


图1
AgNW电极的表示性制造历程(a),以及在玻璃上制成的具有高通明度的AgNW薄膜的制造历程(b)。
实验后果

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图2表现了AgNW的薄层电阻随电子束辐照工夫的变革。 如图所示,随着电子束照射工夫的增长,AgNWs的薄层电阻在电子束照射120秒后从95 ohm / sq低落到48 ohm / sq。

图2
AgNW薄膜的薄层电阻与电子束辐照工夫的干系。

图3示出了在电子束照射之前和之后,AgNW / Corning玻璃的透射率的变革。如图所示,在电子束照射180秒后,AgNW / Corning玻璃体系的透射率(在550 nm处)通常从91.1%降至88.8%。只管AgNW的薄层电阻在电子束辐照后明显低落,但透射率在电子束辐照后并没有低落太多。并且,如图3所示,AgNW在整个可见光范畴内都坚持了高度的通明性。图1(b)给出了电子束辐照(120秒)后具有高通明度的AgNW /玻璃的图片。图4表现了AgNWs在电子束辐照之前(图4(a,b)),在电子束辐照30秒后(图4(c,d))和电子束辐照后的扫描电子显微镜(SEM)图像。继续120秒(图4(e,f))。 AgNW好像在各个偏向上都堆叠在一同,而没有焊接或烧结。图4(f)明白地表现了在纳米线结处电子束辐照后的纳米焊接。在电子束辐照之前,在电子束辐照30秒之后和在电子束辐照120秒之后,AgNW的尺寸辨别为27.5nm,32.7nm和34.8nm。因而,ag真人可以预期,只管增长了AgNWs和结的尺寸会招致透射率略有降落,但纳米焊接大大低落了AgNW网络在纳米线结处的打仗电阻。这些后果以高度通明性加强了AgNW的电功能。为了进一步理解电子束辐照的影响,ag真人依据下式给出的基尔霍夫定律盘算了AgNWs的电阻率


图3
AgNWs在差别电子束辐照工夫下的透射率。

图4
AgNW薄膜在电子束照射前(a,b),电子束照射30秒后(c,d)和120s电子束照射后(e,f)的SEM图像。

此中ρ是银的电阻率,L是导线的长度,w是导线的宽度,h是导线的高度19。 AgNWs在电子束辐照之前的电阻率(Rs = 95 ohm / sq,L =10μm,w = h = 27.5 nm)和在电子束辐照120秒后(Rs = 48 ohm / sq,L =10μm,w = h = 34.8nm)辨别是7.2E-5ohm.cm和5.9E-5ohm.cm。显然,在电子束辐照后,经过对AgNW结举行纳米焊接可以增加电子散射,从而在AgNWs中发生较低的电阻率。

为了研讨经过电子束辐照在AgNW结处的界面反响,经过高辨别率透射电子显微镜(TEM)和选择地区电子衍射(SAED)反省了AgNWs。电子束辐照前的AgNWs呈五边形孪晶纳米线晶体布局,如图5(b,d)所示,如先前所报道[21]。图5(c)展现了两个具有相反强度的差别晶体取向,而且在结点处旋转了约莫90度。但是,在电子束辐照后,AgNWs的结具有衍射点,次要沿单个偏向,与顶部纳米线的图案婚配,如图5(g)所示。别的,图5(f,h)标明,AgNWs在电子束辐照后除了却局部以外都坚持其原始晶体取向。

图5
AgNW薄膜在电子束(a)之前和电子束之后(e)的透射电子显微镜(TEM)图像,以及AgNW薄膜在电子束(b–d)和电子束之后(a)的选择地区电子衍射(SAED) f–h)。
因而,ag真人证明白在对AgNWs举行电子束辐照时期,底部AgNWs在结处的原子体现出重结晶,而且顶部纳米线充任成核模板,用于经过电子束辐照使底部纳米线重新取向。如先前所报道的,这些征象招致了AgNW的电学功能的开展20。

电子束处置历程中的基板温度和电子束的等离子体温度辨别在3分钟和3 eV后辨别小于60°C22。这些后果标明,AgNW结烧结的次要要素大概不是电子束辐照时期的热效应,而是高能电子惹起的初等离子体温度。因而,这些高能电子可招致电子动量转移到AgNWs的结,从而招致AgNWs的焊接。 E. C. Garnett等。和D. P. Langley等。报道指出,在AgNWs的接合处举行部分烧结是经过辨别在150°C(20分钟)和200°C下举行2小时的热处置举行的[20,23]。这些研讨中的电学和光学功能并不比ag真人的后果更好。但,这些温度不克不及施加到柔性基板上。与惯例热处置相比,具有低基板温度的电子束辐照更实用于柔性基板。别的,利用电子束照射仅必要120秒即可构成纳米焊接的AgNW结。因而,ag真人的研讨标明,关于柔性使用,电子束辐照工艺对高温工艺对AgNW的电学和布局功能发生了明显影响。

为了找出用于通明导电质料的AgNW的最佳条件,如图5所示,由薄层电阻和550 nm波长下的透射率盘算出品格因数(ΦTC)。ΦTC由Haacke界说。如式(2)24,


此中T是透射率,Rs是AgNWs的薄层电阻。 图6标明,AgNWs的ΦTC值随着电子束辐照工夫的增长而增长。 ΦTC指示电子束照射120和180秒后的类似值。 依据这些后果,ag真人可以预期在电子束照射120秒后,AgNWs被充实烧结。


图6
AgNW薄膜的品格因数与电子束辐照工夫的干系。
为了比力有和没有电子束照射的AgNW的粘附性,如图7所示举行了胶带测试。由于AgNW在玻璃上的联合能弱,没有电子束照射的AgNW很容易从基板上零落。 ,分散的部件的薄层电阻在500 ohm / sq以上急剧增长。 但是,由于来自AgNW的焊接的结实的联网,用电子束照射120秒的AgNW表现出粘附性的改进,而且在贴带实验之后薄层电阻没有变革。

在独自的窗口中翻开
图7
在3M胶带测试之前和之后,在电子束辐照之前(a)和在电子束辐照120秒钟之后(b),AgNW薄膜的显微镜图像(X100)和3D外表图。
最初,ag真人在有和没有电子束照射的状况下,利用AgNWs制造了通明加热器。 如图8(a)所示,在没有电子束照射的AgNW中,当输出电压为7 V时,焦耳热为0.175 W,温度升至40°C继续1分钟。 但是,关于AgNWs,在电子束照射120秒后,如图8(b)所示,当输出电压为7 V且焦耳热为0.7 W时,温度在1分钟内敏捷升至51°C。 这些后果激烈标明,用电子束辐照的AgNW十分合适用于通明加热器,比方汽车或修建物的窗户除霜器。


图8
在不利用电子束辐照(a)和利用电子束辐照120秒(b)的状况下,利用差别输出电压的AgNW薄膜,片材温度随加热工夫的变革而变革。
结论
在这项研讨中,ag真人证明白电子束辐照对经过滴铸和风干工艺制备的AgNWs的电,光学和布局功能的影响。 电子束照射的AgNWs的薄层电阻从95 ohm / sq(0秒)低落到48 ohm / sq(120秒)。 在电子束辐照后,AgNW的薄层电阻分明较低,这可归因于在AgNW的结处举行纳米焊接。 别的,AgNW经过纳米焊接的结实网络改进了AgNW对基材的附着力。 ag真人利用电子束辐照的AgNW制备了一种通明加热器,该薄膜具有低薄层电阻和高透射率(高于88.8%)。 在7 V电压下,加热器温度在1分钟内上升到51°C。这些后果激烈标明,接纳电子束辐照的AgNW具有在通明加热器使用中利用的潜力。
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