+86-757-8128-5193

Utställning

Hem > Utställning > Innehåll

Tillämpningar av Silver nanotrådar på transparent ledande film och elektrod av elektrokemisk kondensator

Abstrakt

Silver nanowire har potentiella tillämpningar på transparent ledande film och elektrod av elektrokemisk kondensator grund av dess utmärkta ledningsförmåga. Transparent ledande film (G-film) framställdes genom beläggning av silvernanotrådar på glassubstrat med användning av Meyer stav metod, som uppvisade bättre prestanda än Nanorör och grafen. Konduktiviteten hos G-filmen kan förbättras genom att öka sintringstemperaturen. Elektrod för elektrokemisk kondensator (I-film) framställdes genom samma metod med G-film på indiumtennoxid (ITO). CV kurvor av I-film under olika rotationshastighet hade uppenbara redox toppar, vilket tyder på att I-filmen uppvisade utmärkt elektro pseudokapacitans prestanda och god reversibilitet under laddning / urladdningsprocessen. Dessutom var den specifika kapacitansen hos I-filmen, uppmätt medelst galvanostatiska experiment laddnings / urladdnings, vilket indikerar att I-filmen uppvisar hög särskild kapacitans och utmärkt elektrokemisk stabilitet.

1. Introduktion

Under de senaste åren, ädelmetallnanomaterial, särskilt silver nanomaterial stå i fokus för forskning på grund av deras unika fysiska och kemiska egenskaper, som har använts i stor utsträckning i katalys [ 1 ], optiska, elektriska [ 2 , 3 ], och antibakteriella [ 4 ] områden. Bland dessa olika silvernanostrukturer, har nanowire lockat intensiva krafter på grund av dess höga dc ledningsförmåga och optiska transmittansen. Som optoelektroniska enheter blir mindre och lättare, det finns ett ökande behov av effektiva transparenta elektroderna. Det vanligaste materialet av transparenta elektroder är indiumtennoxid (ITO); emellertid ITO kan inte hålla jämna steg med utvecklingen av optoelektroniska anordningar på grund av dess höga kostnad, sprödhet, och kritisk framställningsförfarande. Även om människor har försökt att använda andra material för att tillverka transparenta elektroder, såsom kolnanorör (cnts) [ 5 - 8 ], grafen [ 9 - elva ] och ledande polymer [ tolv - fjorton ], problemet att hur man ska uppnå förhållandet mellan transmittans till motstånd ark (R) så hög som ITO fortfarande inte kan lösas. Därför är många grupper sätta ansträngningar på metalliska nanotrådar, i synnerhet silver nanotrådar. Leem et al. [ 15 ] har banat väg silvernanotrådar som elektrod i solceller, och transmittansen av det var 89,3% med låga Rs hos / Sq. Sedan dess har silvernanowire filmer tillverkats genom stavbeläggningsteknik [ 16 ] och spay-beläggningsmetod [ 17 ]. Därför kan silvernanowire användas som en ersättning av ITO i framtiden. För att ytterligare minska Rs silvernanowire film, Bergin et al. [ 18 ] studerade effekterna av längd och diameter av silvernanotrådar på deras egenskaper. Längre nanotrådar kan resultera i lägre skivor på grund av färre anslutningar mellan nanotrådar. Därför är framställningen av ultralång nanotrådar en angelägen fråga. Bortsett från att öka längden på nanotrådar för att förbättra dess egenskaper, Hu et al. appliceras mekanisk pressning metod för att minska motståndet i korsningar, vilket kan göra anslutning av silvernanotrådar närmare ledande till en ökning av ledningsförmågan [ 19 ]. De fann också att beläggning guld på filmen är ett effektivt sätt, vilket kan göra ytan av silvernanowire jämna leder till minskning av korsningen motstånd. Zhu et al. [ 20 ] använde plasmabehandling för att avlägsna de polymerbelagda på ytan av silvernanowire och svetsade förbindningarna, förbättrar prestanda för silvernanowire film. Emellertid är den stora kontaktmotstånd på internanowires fortfarande en begränsning av utvecklingen av silvernanowire filmer i optoelektroniska och elektroniska anordningar.

Dessutom kan silvernanowire också användas som elektroder för elektrokemisk kondensator. Transparenta kondensatorer har potentiell tillämpning på energilagring [ 21 - 23 ]. Sorel et al. [ 24 ] beredd transparent kondensator genom sprutbeläggning silvernanotrådar på polymerfilmer, som uppvisade kondensator fastigheter med 1,1 uF / cm2. Men jämfört med andra elektroder av kondensatorn, den specifika kapacitansen var mycket lägre. Pan et al. [ 25 ] fann att nanostrukturerade AgO elektroden uppvisade goda elektrokemiska egenskaper, och silvernanotrådar kan oxideras till Ag 2 O bildar Ag / Ag 2 O kärna-skal-nanostrukturer under den elektrokemiska processen [ 26 ]; därför är silver nanowire en lovande kandidat för elektrokemisk kondensator.

I detta dokument, förberett vi långa silvernanotrådar av en enkel metod som rapporterats i vårt tidigare arbete. Baserat på detta, transparent ledande film (G-film) och elektrod av elektrokemisk kondensator (I-film) tillverkades genom att belägga silvernanotrådar på glas eller ITO, respektive, och deras egenskaper undersöktes. Förhållandet mellan transmittans och Rs G-film diskuterades. Konduktiviteten hos G-filmen förbättras genom att öka sintringstemperaturen. Genom cyklisk voltammetri och galvanostatisk laddning / experiment urladdnings har kondensatoregenskaperna hos I-film studeras, vilket indikerar att silver nanowire har hög och stabil elektro kapacitans som kan användas som material för elektrod för elektrokemisk pseudokapacitans.

2. Experimentellt

Silvernitrat (AgNOs 3 99 +%), natriumklorid (NaCl), etylenglykol (EG), koncentrerad svavelsyra (H 2 SO 4), och väteperoxid (H 2 O 2) var alla köpt från Nanjing Chemical Reagent Co. , Ltd Polyvinylpyrrolidon (PVP, K88) köptes från Aladdin. Indiumtennoxid (ITO) köptes från Nanjing Chemical Reagent Co., Ltd.



De morfologier och Energi dispersiv spektrometer (EDS) av silvernanotrådar mättes med svepelektronmikroskop (SEM) (Sirion, USA). Rs silvernanowire film mättes med fyra-prob teknik med en Keithley 2701 källa meter. UV-vis-spektra registrerades med en fiberoptisk spektrometer (PG2000, Ideaoptics Technology Ltd, Shanghai, Kina). Elektro kapacitans egenskap av silvernanowire-elektrod undersöks genom cyklisk voltametri (CV) och galvanostatisk laddning / mätningar urladdnings med hjälp av en elektrokemisk arbetsstation (CHI 760D, CH Instrument Co., Ltd.).

2,1. Framställning av silver nanotrådar

Silvernanowire framställdes genom den metod som rapporterats i vårt tidigare arbete [ 27 ]. I varje syntes var l ml EG lösning av AgNOs 3 (0,9 M) och 0,6 ml EG lösning av NaCl (0,01 M) tillsattes i 18,4 ml EG lösning av PVP (0,286 M). Varefter blandningen återloppskokades vid 185 ° C under 20 min. Efter ovanstående processer, var den överskjutande PVP och EG avlägsnas genom tillsats av avjoniserat vatten centrifugering vid 14000 rpm under 10 min, 3 ggr.

2,2. Förfarande av silverfilmer på glas och ITO

Glas- och ITO behandlades substraten genom blandningen lösning av koncentrerad svavelsyra och väteperoxid under ultrasonikering under 30 min, vilket kan göra dem hydrofila. I detta fall, kan homogen film erhållas. Silvernanotrådar belades på glas eller ITO-substrat med behandling, med användning av Meyer stång, och upphettades sedan i 150 ° C under 20 min. Den erhållna filmen på glassubstratet fick namnet G-film. Prover 1 till 5 är G-filmer tillverkade med 2 mM, 1,75 mM, 1,5 mM, 1 mM och 0,5 mM silvernanotrådar lösning, respektive. Den erhållna filmen på ITO utsågs I-film. De två typer av filmer har olika egenskaper på grund av olika substrat.

3. Resultat och diskussioner

3,1. Morfologi Silver Nanowire Film

Såsom visas i figur 1 , var likformig silvernanowire film framställd med användning av Meyer stav. Längden på de flesta silver nanowire överstiger 5 μ m, som är tillräckligt lång för att vara ansluten till ett nätverk. Den infällda bilden i figur 1 är silvernanowire kolloider. Färgen på silver kolloider är gulvit, liknar de starkt renade silvernanowire kolloider erhållits efter tvärflödesfiltrering [ 28 ]. Framställning av högt utbyte och långa silvernanotrådar har studerats av många grupper; emellertid dessa reaktionsprocesser är vanligtvis komplexa eller svåra att kontrollera [ 29 , 30 ]. Utan finreglering av reaktantkoncentrationer och tillväxtprocessen, de erhållna silvernanotrådar är alltid lågt utbyte tillsammans med stora mängder av biprodukter, såsom nanocubes eller nanosfärer som växer från isotropa frön, som påverkar egenskaperna hos silvernanowire filmer.

3,2. Transparent ledande film

Optisk transmittans över ett stort våglängdsområde är en viktig egenskap för en öppen och ledande film. Figur 2 uppvisar transmittanserna av G-filmer med olika tjocklekar, som tillverkade på glassubstrat med olika koncentrationer av silvernanotrådar. Transmittansen för provet 1 är 13%, vilket är mycket lågt. När koncentrationen minskade från 2 mM till 0,5 mM, transmittansen av proven visade en ökande tendens att nå 31%, 58%, 62% och 65%, respektive. Dessutom kan det ses i Figur 2 att transmittanserna av G-filmer hålla stabil i det nära infraröda regionerna, vilket är viktigt för solceller. Men transmittansen av ITO minskade från 1100 nm beskrivs till sin plasmon resonanstopp vid 1300 nm [ 19 ]. Konduktiviteten hos G-filmer påverkas också av tjockleken på filmen. Såsom visas i fig 2 , med ökningen av tjockleken, de Rs hos G-film droppar.

Som nämnts i inledningen, är det ett stort problem att minska korsningen motståndet hos silvernanowire film. Vi fann att en ökning av sintringstemperaturen är ett enkelt och effektivt sätt att förbättra ledningsförmågan hos silvernanowire film. Såsom visas i tabell 1 , när sintringstemperaturen var 150 ° C, de Rs hos prov 4 var / sq. Ökande sintringstemperatur till 200 ° C, Rs sjönk till / sq. Eftersom PVP belagt på ytan av silvernanotrådar sönderdelades delvis vid 200 ° C, kan ytorna av silvernanotrådar ansluter tillsammans leder till högre konduktivitet [ 31 ]. Dessutom vid 200 ° C vissa silvernanotrådar kan svetsas ihop. När sintringstemperaturen var 250 ° C, PVP nästan avlägsnades och de flesta av föreningspunkterna mellan silvernanotrådar smältes resulterande i de lägre Rs med / kvadrat, som kan ses i figur 3 (a) . När sintringstemperaturen var 300 ° C, även om vissa av silvernanotrådar var bruten, filmen fortfarande var ett ledande nätverk med lägre Rs ( / sq) som visas i figur 3 (b) . När emellertid tunnare provet 5 sintrades vid 300 ° C, var många silvernanotrådar bruten vilket leder till icke-ledande film, som kan ses i figur 3 (d) . Vid 400 ° C, var silvernanotrådar av prov 4 nästan bruten (i figur 3 (c) ). Enligt ( 1 ) [ 20 ], kan vi beräkna vilket kan utvärdera resultatet av transparent ledande film, desto högre betyder den högre förhållande mellan transmittans till Rs. De prov 4 efter behandlades vid 300 ° C var 116,5 vilket är högre än den för Nanorör [ 32 , 33 ] och grafen [ 34 ]. Därför G-filmer har potentiell tillämpning på optoelektronisk utrustning:

3,3. Elektrod för elektrokemisk kondensator

Den cykliska voltammetri användes för att utvärdera de elektrokemiska egenskaperna hos I-film. Alla dessa elektrokemiska mätningar genomförs i 1,0 M KOH med användning av en tre-elektrodsystem. Figur 4 visade CV kurvorna för I-filmelektrod vid en avsökningshastighet från 10 till 100 mV s -1. CV kurvan för I-film uppvisar definitivt olika kapacitans egenskaper från elektrisk dubbellager kapacitans som har rektangulär CV kurva. Distinkt redox topp kan ses från figur 4 i den applicerade potentialen från -0,5 till 0,5 V kontra Hg / HgO som härrör från redoxreaktionen mellan Ag och Ag 2 O [ 35 ] beskrivs som ( 2 ). Kapacitansen hos I-film vid olika svephastigheter kan uppskattas genom området för den slutna cirkeln. Förändringar i kapacitans vid olika svephastigheter resultera från att vid låga skanningshastigheter; diffusion av joner i hela reaktionssystemet är obegränsad vilket leder till full användning av silvernanowire som elektrod, medan vid höga svephastigheter, utför kapacitansen dubbla lager eller icke-faradisk beteende så att silver inte är helt oxideras eller reduceras vilket resulterar i minskning av kapacitansen [ 36 ]. Resultaten tyder på att I-film visar utmärkt elektro pseudokapacitans prestanda och god reversibilitet under laddning / urladdningsprocessen:

Vanligtvis, silver upplever en omvänd redox i ett alkaliskt tillstånd. I det första steget, är Ag elektrooxideras till Ag 2 O genom Och lämnar en vattenmolekyl och två elektroner. I en converse riktning, var en vattenmolekyl separeras i och , Så att Ag 2 O kan reduceras till Ag genom lämnar . Som ett resultat var silvernanotrådar omvandlas till Ag / Ag 2 O kärna-skal-nanostrukturer som figur 5 (a) visade. För att detektera produktionen av Ag 2 O under processen, var EDS med en stor punktstorlek (cirka 5 μ m) utföras. I figur 5 (b) , kan vi se den procentsats av elementen. EDS-spektrum uppvisade att atomförhållandet mellan Ag och O är mindre än två. Anledningen är att syrekällor är från Ag 2 O och PVP som är täckt på ytan av silvernanotrådar, och kärnan av silvernanotrådar är fortfarande Ag elementet. Således är experimentresultatet överensstämmer med teorin och visar formen av Ag 2 O / Ag kärna-skal-nanostrukturer under laddning / urladdning processen.

Det finns ett linjärt förhållande mellan den avsökningshastighet och responsströmmen enligt ( 3 ) [ 37 ], där är urladdningsströmmen (mA); är kapacitansen; är skanningshastighet cyklisk voltammetri. Det inneslutna området av den cykliska voltammetri kurvan kan användas för att uppskatta den elektrokemiska kapacitans. Den specifika kapacitans beräknas med hjälp av ( 4 ), där är det område av aktivt material (cm 2):

De galvanostatiska experiment laddnings / urladdningsgenomförs vid en potential fönster från -0,5 till 0,5 V för att studera specifika kapacitans av I-film. Figur 6 visar de galvanostatiska laddnings / urladdningskurvorna för I-filmen vid en strömtäthet 0,5-6 mA cm -2. Som framgår av tabell 2 visade, den specifika kapacitansen hos I-film ökade 42,2-41,76 mF / cm 2 när strömtätheten ökade från 0,5 till 3,0 mA / cm 2, som bara är 1% förfall. Men den specifika kapacitansen hos I-film minskade kraftigt till 27 MF / cm 2 under 6,0 mA / cm2. Anledningen är att större strömtäthet resulterar i kortare tid för redox mellan Ag / Ag 2 O, så att joner har inte tillräckligt med tid att diffundera från elektrolyt och inter [ 26 ]. Dessutom är ytan av nanotrådar som omfattas av PVP, som också har effekt på laddnings / urladdningshastighet [ 38 ]. Figur 7 presenteras att kapacitansen retention av I-filmen vid en strömtäthet av 6 mA / cm 2 kan uppnå 94,2% av ursprungligt värde efter 100 cykler. Som ett resultat, har de I-filmelektrod ett bra stabilitet under kontinuerliga cykler.

4. Sammanfattningar

G-film och I-film har tillverkats genom att belägga silvernanotrådar på glas och ITO, respektive. Transmittansen hos G-filmen ökar med minskning av tjockleken av G-film, och konduktiviteten kan förbättras genom att öka sintringstemperaturen skrivas avlägsningsläget av PVP och svetsa av korsningar av silvernanotrådar. Resultaten visade att G-filmen hade högre förhållande mellan transmittans till Rs än det av Nanorör och grafen, vilket är en lovande ersättning av ITO tillämpas i optoelektroniska områden. Dessutom CV kurvorna för I-film under olika rotationshastighet hade uppenbara redox toppar indikerar dess goda prestanda elektro pseudokapacitans och god reversibilitet under laddning / urladdningsprocessen. Genom galvanostatiska experiment laddnings / urladdnings, kan man se att den specifika kapacitansen hos I-film beror på strömtätheten, och I-film uppvisar hög elektrokemisk stabilitet. Vid låg strömtäthet, kan sönderfallet av specifika kapacitans ignoreras medan vid hög strömtäthet, skämda den specifika kapacitans dramatiskt på grund av kort tid för diffusion av joner. Därför silvernanotrådar har stora potentiella tillämpningar inom optoelektroniska anordningar.

Intressekonflikt

Författarna förklarar att det inte finns några intressekonflikter när det gäller offentliggörandet av detta dokument.

bekräftelser

Detta arbete stöds av NSFC enligt Grant nr. 61307066, Doctoral fonden undervisningsministeriet i Kina i Grants nos. 20110092110016 och 20130092120024, Natural Science Foundation i Jiangsu-provinsen i Grant nr. BK20130630, National Basic Research Program of China (973 Program) under Grant nr. 2011CB302004 och Stiftelsen Key Laboratory av Micro-Tröghets Instrument och avancerad navigeringsteknik, undervisningsministeriet, Kina, enligt Grant nr. 201.204.



Hem | Om oss | Produkter | Nyheter | Utställning | Kontakta oss | Feedback | Mobiltelefon | XML | Main sida

TEL: +86-757-8128-5193  E-mail: chinananomaterials@aliyun.com

Guangdong Nanhai ETEB Technology Co., Ltd