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npj フレキシブル エレクトロニクス 第 6 巻、記事番号: 48 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

極めて環境適応性の高い高性能で柔軟な透明エレクトロニクスを実現するには、Ag ナノワイヤ (Ag NW) 電極が高温耐性、化学的および機械的堅牢性の要件を同時に満たさなければなりません。 ここでは、簡単なスプレーコーティングと転写方法を介してポリイミド（Ag BM / ePI）導電性フィルムに埋め込まれたスケーラブルなAg NWバンドルマイクロメッシュが報告されています。 バンドル マイクロメッシュと埋め込み構造の相乗効果により、Ag BM/ePI 電極は高い熱安定性 (周囲条件および窒素雰囲気条件下でそれぞれ 370 °C と 400 °C)、低いシート抵抗変動 (<4%)、優れた耐食性と耐変形性。 電気ヒーターとして、Ag BM/ePI は、8 V で約 8 秒の高速熱応答時間で約 204 °C を達成でき、曲げ条件下でも良好な加熱安定性を示します。 この成果は、極端な環境、特に高温処理を必要とするデバイスに適応する、新興の柔軟な透明エレクトロニクスに有望なプラットフォームを提供します。

柔軟な透明導電体は、光電子デバイスの多くの現代技術に浸透しており、望ましい電気的、光学的、機械的特性により、柔軟な透明な金属ナノワイヤ電極 (Cu NW、Ag NW、Au NW など) が研究されています。インタラクティブエレクトロニクス、ヒーター、太陽電池、エレクトロクロミックデバイスなどのさまざまな用途に適しています5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15。 Ag NW 電極の費用対効果の高い代替品として、Cu NW は Ag NW とほぼ同じ導電率を有し、Ag12、13、15 よりも大幅に安価であるという利点から大きな関心を集めています。 しかし、現在では、水と酸素に対する感受性が、さまざまな用途における Cu NW の安定した導電性にとって主な障害となっています 11。 不活性な Au NW 電極の場合、Au の法外な価格によって妨げられます。 総合的な状況を考慮すると、Ag NW はフレキシブル透明電極の中で最も可能性のある材料となります。 実際の用途では、Ag NW 電極は通常、高温、化学浸食、機械的変形などのさまざまな極端な環境にさらされます。 そのうち、Ag NW 電極の熱安定性は、高温アニーリングプロセスによる一般的な光電子デバイス製造にとって、あまりにも望ましくない性能の 1 つであり 16、17、18、19、さらに重要なことに、これらの電極はジュール加熱により頻繁に加熱されます 20。 しかし、熱活性化レイリー不安定性という固有の欠点により、Ag NW 内の Ag 原子の表面拡散により球状化と不連続ネットワークが生じ、寿命が短くなり、潜在的な用途に対する Ag NW 導体の能力が制限されます 21,22,23。 、24。

幅広い用途における Ag NW 電極の熱安定性の問題に対処するために、有機、無機、または炭素ベースの材料を使用した表面不動態化技術の開発に努力が払われてきました。 たとえば、ガラス繊維強化複合材に埋め込まれた Ag NW 電極は、約 250 °C の温度に 2 時間耐えることができます。 グラフェンは熱エネルギーを放散し、湿気から保護して Ag NW 電極を保護することができ、300 °C で安定性を維持することができました26。 さらに、溶融温度の高い無機キャップ層（ZnO、TiO2 など）も Ag NW カプセル化用に提案されており 6,27、導電膜はシート抵抗をほとんど変えることなく約 300 °C の熱処理に耐えることができます。 それにもかかわらず、導電性Ag NW膜の熱安定性を改善するには、これらの準備プロセスが複雑でコストがかかります。 さらに、技術的な観点から、高性能の柔軟な透明 Ag NW 電極は、均一なシート抵抗 (Rs)、過酷な環境における機械的堅牢性と電気的耐久性、滑らかな表面トポグラフィー (~数ナノメートルが好ましい）、基板との接着力が強い。 しかし、Ag NW 導体に関する前述の問題を同時に解決する解決策はまだ表面化しておらず、緊急の課題となっています。 一方、金属ナノワイヤベースのネットワーク電極は、常にナノワイヤ間の大きな接合抵抗に悩まされます22、28。 したがって、金属ナノワイヤのナノ溶接を改善して接合抵抗を下げるには、通常の熱アニーリング 23,29、レーザーナノ溶接 30、フラッシュランプ溶接 31、化学処理 32、機械的溶接 33、電気アニーリング 21,34 などのさまざまな技術が常に必要です。プロセスが製造コストを増加させたり、複雑になる可能性があります。 これらの問題は、高性能の柔軟な透明な Ag NW 電極を容易に調製するための戦略の探索を動機付けています。