극단론자

npj 유연한 전자공학 6권, 기사 번호: 48(2022) 이 기사 인용

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극한의 환경 적응성을 갖춘 고성능의 유연한 투명 전자 장치를 실현하려면 Ag 나노와이어(Ag NW) 전극이 고온 내성, 화학적 및 기계적 견고성 요구 사항을 동시에 충족해야 합니다. 여기서는 손쉬운 스프레이 코팅 및 전사 방법을 통해 폴리이미드(Ag BMs/ePI) 전도성 필름에 내장된 확장 가능한 Ag NW 번들 마이크로 메쉬가 보고됩니다. 번들 마이크로메시와 임베디드 아키텍처의 시너지 효과로 인해 Ag BMs/ePI 전극은 높은 열 안정성(주변 및 질소 대기 조건에서 각각 370°C 및 400°C), 낮은 시트 저항 변화(<4%), 좋은 부식 및 변형 저항. 전기 히터로서 Ag BMs/ePI는 8V에서 ~8초의 빠른 열 응답 시간으로 ~204°C를 달성할 수 있으며 구부러진 조건에서 우수한 가열 안정성을 나타냅니다. 이 연구는 극한 환경, 특히 고온 처리가 필요한 장치에 적응할 수 있는 유연한 투명 전자 장치를 위한 유망한 플랫폼을 제공합니다.

유연한 투명 전도체는 광전자 장치1,2,3,4의 수많은 현대 기술에 널리 퍼져 있으며 바람직한 전기적, 광학적 및 기계적 특성으로 인해 유연한 투명 금속 나노와이어 전극(예: Cu NW, Ag NW, Au NW)이 연구되고 있습니다. 대화형 전자 장치, 히터, 태양 전지, 전기 변색 장치 등과 같은 다양한 응용 분야에 사용됩니다5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15. Ag NWs 전극에 대한 비용 효율적인 대안으로서 Cu NW는 Ag NW와 거의 동일한 전도성을 가지며 Ag12,13,15보다 훨씬 저렴하다는 장점으로 큰 관심을 끌었습니다. 그러나 이제 물과 산소에 대한 민감성은 다양한 응용 분야에서 Cu NW의 안정적인 전도성을 위한 주요 장애물입니다. 불활성 Au NW 전극의 경우 Au의 과도한 가격으로 인해 방해를 받습니다. 포괄적인 상황을 고려할 때 Ag NW는 유연한 투명 전극에서 가장 잠재적인 재료가 됩니다. 실제 적용에서 Ag NW 전극은 일반적으로 고온, 화학적 침식 및 기계적 변형과 같은 다양한 극한 환경으로 인해 어려움을 겪습니다. 그 중 Ag NWs 전극의 열적 안정성은 고온 어닐링 공정을 이용한 일반적인 광전자 장치 제조에 꼭 필요한 성능 중 하나이며, 더 중요한 것은 이러한 전극이 줄 가열(Joule Heat)로 인해 자주 가열된다는 것입니다. 그러나 열적으로 활성화된 레일리 불안정성의 고유한 단점으로 인해 Ag NW에서 Ag 원자의 표면 확산으로 인해 구형화 및 불연속 네트워크가 발생하여 수명이 단축되어 잠재적인 응용 분야에 대한 Ag NW 도체의 성능이 제한됩니다. ,24.

다양한 응용 분야에서 Ag NW 전극의 열 안정성 문제를 해결하기 위해 유기, 무기 또는 탄소 기반 재료를 사용한 표면 보호 기술을 개발하려는 노력이 이루어져 왔습니다. 예를 들어, 유리 직물 강화 복합재에 내장된 Ag NWs 전극은 2시간 25분 동안 ~250°C의 온도를 견딜 수 있습니다. 그래핀은 열 에너지를 소산하고 습기 보호 기능을 제공하여 Ag NW 전극을 보호할 수 있으며, 이는 300°C에서 안정성을 유지할 수 있습니다. 또한 Ag NW 캡슐화를 위해 용융 온도가 높은 무기 캡핑 층(예: ZnO, TiO2)도 제안되었으며, 전도성 필름은 시트 저항의 변화가 거의 없이 ~300°C에서 열 처리를 견딜 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 이러한 준비 공정은 전도성 Ag NW 필름의 열적 안정성을 향상시키기 위해 복잡하고 비용이 많이 듭니다. 또한 기술적 관점에서 볼 때 고성능의 유연한 투명 Ag NWs 전극은 균일한 시트 저항(Rs), 열악한 환경에서의 기계적 견고성 및 전기적 내구성, 매끄러운 표면 지형(~)과 같은 다른 주요 요구 사항도 동시에 충족해야 합니다. 수 나노미터가 바람직함), 기판과의 접착력이 강합니다. 그러나 앞서 언급한 Ag NW 도체의 문제점을 동시에 해결하는 솔루션은 아직 표면화되지 않았으며 시급한 과제입니다. 반면에, 금속 나노와이어 기반 네트워크 전극은 항상 나노와이어 사이의 큰 접합 저항으로 인해 어려움을 겪습니다. 따라서 금속 나노와이어 나노 용접을 개선하여 접합 저항을 낮추기 위해서는 정기적인 열 어닐링23,29, 레이저 나노 용접30, 플래시 램프 용접31, 화학 처리32, 기계적 용접33 및 전기 어닐링21,34과 같은 다양한 기술이 항상 필요합니다. 공정이 제조 비용을 증가시키거나 복잡해질 수 있습니다. 이러한 문제는 고성능의 유연한 투명 Ag NW 전극을 쉽게 준비하기 위한 전략을 찾는 데 동기를 부여합니다.