基于宏观尺度纳米线组装体的透明柔性导电电极和弹性导体研究取得新进展

　　随着电子工业的快速发展，对于导电材料的要求越来越高。将纳米尺寸的导电基元进行合理、有效的宏量组装，制备高性能导电器件是未来的研究趋势，具有重要的科学意义和应用前景。近年来，基于一维银纳米线的柔性或弹性电子器件兼备了优良的导电能力和优异的柔韧性而受到广泛关注。最近，中国科学技术大学俞书宏教授研究组围绕如何高效宏量组装纳米导电基元，特别是银纳米线，开展了一系列探索研究，成功研制了基于纳米线组装体的二维柔性透明导电电极和三维弹性导体，为今后规模化制备柔性透明导电电极和弹性导体提供了新的制备技术。该成果近期发表在国际著名期刊《德国应用化学》上(Angew. Chem.-Int. Ed. 2014, 53, 13477-13482; Angew. Chem.-Int. Ed. 2014, 53, 4561-4566)。有关研究工作由特任副研究员刘建伟和2012级博士生高怀岭等完成。

　　传统的刚性、不透明电子器件已越来越无法满足现代光电产业的发展，如触屏、光电探测器、有机光发射二极管等。这些新兴的光电产业需要电子器件拥有柔软性、透明性和高的导电性。该研究组特任副研究员刘建伟等发展了基于溶液法在常温常压下进行纳米线共组装的新技术，成功调控和优化了器件的导电性和透明性，制备了大面积、透明性可调的柔性透明导电电极。具体方法是，首先利用兰格穆尔技术（Langmuir Blodgett technique）共组装银纳米线和超细碲纳米线。然后，利用两种纳米线的化学活性的显著差异，在碱性化境中选择性刻蚀了碲纳米线，保留了衬底上银纳米线的组装体结构。由于银和碲纳米线共组装体的组分可调，所以刻蚀后银纳米线组装体的透过率获得很好的调控。通过此方法得到的纳米线薄膜具备优良的光学透过率（最优条件下能达到97.3%）和优异的导电性（导电率2.7 Ω/sq）。同时，基于该技术制备的透明柔性电极具有优良的耐用性，即使是浸入在水或酒精中揉搓，仍能保持其良好的导电性。再者，研究人员还基于此柔性导电电极代替传统的ITO研制了灵敏的柔性电子触屏。该研究成果近期以“Manipulating Nanowire Assembly for Flexible Transparent Electrodes”为题发表在《德国应用化学》上(Angew. Chem.-Int. Ed. 2014, 53, 133477-13482)，该论文被选为VIP论文，并分别被Materials Views和Materials Views China选为研究亮点报道。

　　（http://www.materialsviews.com/flexible-transparent-electrodes-made-nanowire-networks/）

　　基于银纳米线组装体的透明导电电极和由柔性透明电极制备的柔性电子触屏

　　通过冰模板法制备银纳米线三维多级结构及相应的弹性导体

　　2012级博士生高怀岭同学在导师指导下，运用冰晶模板法成功实现了银纳米线三维组装体的制备，研制了自支撑的具有三维多级结构的宏观银纳米线弹性导体。研究结果表明，利用冰模板诱导进行纳米线宏量组装，不仅简单便捷，而且还适用于不同种一维纳米基元的组装，通过对冷冻条件的改变实现了对最终三维组装体的宏观结构和微观结构的有效调控，在此基础上将此三维组装结构内部填充了聚二甲基硅氧烷弹性体制备了可拉伸的弹性导体材料。通过该种方法制备的三维弹性导体材料的性能比其他类似结构的弹性导体材料具有明显的优势。其电导率在低银含量（40 mg cm-3）的情况下甚至可以高达50 S cm-1，并且在被拉伸、弯曲或扭曲作用后仅表现微小的电阻变化。同时，该银线三维弹性导体在经过上千次的弯曲或拉伸循环后仍能保持良好的导电性能。该研究工作以“Free-standing Macroscopic 3D Hierarchical Architectures Assembled from Silver Nanowires by Ice-templating”为题发表在《德国应用化学》上(Angew. Chem.-Int. Ed. 2014, 53, 4561-4566)，并被Materials Views选为研究亮点报道。（http://www.materialsviews.com/ice-templating-makes-flexible-stretchable-conductors/）。

　　上述研究工作受到国家重大科学研究计划项目、苏州纳米科技协同创新中心、中国科学院重点部署项目、国家自然科学基金委重点项目等的支持。

　　（微尺度物质科学国家实验室、化学与材料科学学院、苏州纳米科技协同创新中心、科研部）