+86-757-8128-5193

Pameran

Rumah > Pameran > Konten

Aplikasi dari Silver nanowires di Film Melakukan Transparan dan Electrode dari Elektrokimia Capacitor

Abstrak

Silver nanowire memiliki potensi aplikasi pada film melakukan transparan dan elektroda kapasitor elektrokimia karena konduktivitas yang sangat baik. Film melakukan transparan (G-film) dibuat dengan melapisi kawat nano perak pada substrat kaca dengan menggunakan metode batang Meyer, yang menunjukkan kinerja yang lebih baik dari nanotube karbon dan graphene. Konduktivitas G-film yang dapat ditingkatkan dengan meningkatnya suhu sintering. Elektroda kapasitor elektrokimia (I-film) itu dibuat melalui metode yang sama dengan G-film mengenai indium tin oxide (ITO). Kurva CV I-film yang di bawah tingkat pemindaian yang berbeda memiliki puncak redoks jelas, yang menunjukkan bahwa saya film dipamerkan kinerja pseudocapacitance elektrokimia yang sangat baik dan reversibilitas yang baik selama proses charge / discharge. Selain itu, kapasitansi spesifik I-film yang diukur dengan galvanostatik eksperimen biaya / debit, menunjukkan bahwa I-film yang menunjukkan kapasitansi khusus tinggi dan stabilitas elektrokimia yang sangat baik.

1. Perkenalan

Dalam beberapa tahun terakhir, Nanomaterials logam mulia, nanomaterial terutama perak menjadi fokus penelitian karena sifat fisik dan kimia yang unik mereka, yang telah banyak digunakan dalam katalisis [ 1 ], optik, listrik [ 2 , 3 ], dan antibakteri [ 4 ] daerah. Di antara berbagai struktur nano perak, nanowire telah menarik pasukan intens karena yang konduktivitas dc tinggi dan transmisi optik. Sebagai perangkat optoelektronik menjadi lebih kecil dan lebih ringan, ada kebutuhan yang meningkat untuk elektroda transparan yang efisien. Bahan yang paling umum dari elektroda transparan indium tin oxide (ITO); Namun, ITO tidak dapat mengikuti dengan pengembangan perangkat optoelektronik karena biaya tinggi, kerapuhan, dan proses persiapan kritis. Meskipun orang telah mencoba menggunakan bahan lain untuk membuat elektroda transparan, seperti karbon nanotube (CNT) [ 5 - 8 ], graphene [ 9 - 11 ], dan melakukan polimer [ 12 - 14 ], masalah yang bagaimana untuk mencapai rasio transmitansi untuk resistensi lembar (Rs) setinggi ITO masih belum dapat diselesaikan. Oleh karena itu, banyak kelompok menempatkan upaya pada kawat nano logam, terutama kawat nano perak. Leem et al. [ 15 ] telah dirintis nanowires perak sebagai elektroda dalam sel surya, dan transmisi dari itu 89,3% dengan Rs rendah / Sq. Sejak itu, film nanowire perak telah dibuat dengan teknik batang-coating [ 16 ] dan metode memandulkan-coating [ 17 ]. Oleh karena itu, nanowire perak dapat digunakan sebagai pengganti ITO di masa depan. Dalam rangka untuk lebih menurunkan Rs film silver nanowire, Bergin et al. [ 18 ] mempelajari efek dari panjang dan diameter kawat nano perak pada properti mereka. nanowires lagi dapat menghasilkan Rs rendah karena koneksi yang lebih sedikit antara kawat nano. Oleh karena itu, penyusunan kawat nano ultralong merupakan masalah yang mendesak. Selain meningkatkan panjang nanowire untuk meningkatkan sifat-sifatnya, Hu et al. menerapkan metode menekan mekanik untuk mengurangi hambatan dari persimpangan, yang dapat membuat koneksi kawat nano perak lebih dekat terkemuka untuk peningkatan konduktivitas [ 19 ]. Mereka juga menemukan bahwa lapisan emas di film adalah cara yang efisien, yang dapat membuat permukaan nanowire perak halus yang mengarah ke penurunan resistensi persimpangan. Zhu et al. [ 20 ] digunakan pengobatan plasma untuk menghapus polimer dilapisi pada permukaan nanowire perak dan dilas persimpangan, meningkatkan kinerja film nanowire perak. Namun, resistansi kontak besar internanowires masih keterbatasan perkembangan film nanowire perak dalam perangkat optoelektronik dan elektronik.

Selain itu, nanowire perak juga dapat digunakan sebagai elektroda kapasitor elektrokimia. Kapasitor transparan memiliki aplikasi potensial pada penyimpanan energi [ 21 - 23 ]. Sorel et al. [ 24 ] disiapkan kapasitor transparan dengan kawat nano perak semprot-lapisan pada film polimer, yang dipamerkan sifat kapasitor dengan 1,1 uf / cm 2. Namun, dibandingkan dengan elektroda lain dari kapasitor, kapasitansi spesifik jauh lebih rendah. Pan et al. [ 25 ] menemukan bahwa berstrukturnano elektroda lalu menunjukkan sifat elektrokimia yang sangat baik, dan kawat nano perak dapat dioksidasi untuk Ag 2 O membentuk Ag / Ag 2 O struktur nano core-shell selama proses elektrokimia [ 26 ]; Oleh karena itu, nanowire perak adalah kandidat yang menjanjikan dari kapasitor elektrokimia.

Dalam tulisan ini, kami mempersiapkan kawat nano perak panjang dengan metode sederhana yang dilaporkan dalam pekerjaan kami sebelumnya. Berdasarkan ini, film yang melakukan transparan (G-film) dan elektroda elektrokimia kapasitor (I-film) yang dibuat dengan melapisi kawat nano perak pada kaca atau ITO, masing-masing, dan karakteristik mereka diselidiki. Hubungan antara transmitansi dan Rs dari G-film yang dibahas. Konduktivitas G-film yang telah ditingkatkan dengan meningkatnya suhu sintering. Dengan voltametri siklik dan biaya galvanostat / percobaan debit, sifat kapasitor I-film yang dipelajari, menunjukkan bahwa nanowire perak memiliki tinggi dan stabil kapasitansi elektrokimia yang dapat digunakan sebagai bahan elektroda pseudocapacitance elektrokimia.

2. Percobaan

Perak nitrat (AgNO3 99 +%), natrium klorida (NaCl), etilen glikol (EG), asam sulfat pekat (H 2 SO 4), dan hidrogen peroksida (H 2 O 2) semua dibeli dari Nanjing Chemical Reagent Co , Ltd Polivinil pirolidon (PVP, K88) dibeli dari Aladdin. Indium timah oksida (ITO) dibeli dari Nanjing Chemical Reagent Co, Ltd



Morfologi dan Energi dispersif Spektrometer (EDS) dari kawat nano perak diukur dengan mikroskop elektron (SEM) (Sirion, USA). Rs film nanowire perak diukur dengan teknik empat-probe dengan Keithley 2701 sumber meteran. UV-vis spektrum dicatat oleh spektrometer serat optik (PG2000, Ideaoptics Technology Ltd, Shanghai, Cina). Properti kapasitansi elektrokimia elektroda nanowire perak diselidiki melalui voltametri siklik (CV) dan biaya galvanostat / debit pengukuran menggunakan workstation elektrokimia (CHI 760D, CH Instrumen Co, Ltd).

2.1. Persiapan Perak nanowires

Nanowire perak dibuat dengan metode yang dilaporkan dalam pekerjaan kami sebelumnya [ 27 ]. Dalam setiap sintesis, l solusi mL EG dari AgNO3 (0,9 M) dan 0,6 mL larutan EG dari NaCl (0,01 M) ditambahkan ke dalam 18,4 mL larutan EG PVT (0,286 M). Kemudian campuran direfluks pada 185 ° C selama 20 menit. Setelah proses di atas, kelebihan PVP dan EG telah dihapus dengan menambahkan pemusingan air deionisasi pada 14000 rpm selama 10 menit, 3 kali.

2.2. Prosedur Silver Film tentang Glass dan ITO

Kaca dan ITO substrat diperlakukan dengan larutan campuran pekat asam sulfat dan hidrogen peroksida bawah ultrasonication selama 30 menit, yang dapat membuat mereka hidrofilik. Dalam hal ini, film seragam dapat diperoleh. nanowires perak yang dilapisi kaca atau ITO substrat dengan pengobatan, menggunakan batang Meyer, dan kemudian dipanaskan dalam 150 ° C selama 20 menit. Film yang diperoleh pada substrat kaca bernama G-Film. Sampel 1 sampai 5 adalah G-film dibuat dengan 2 mM, 1,75 mM, 1.5 mM, 1 mM, dan 0,5 mM perak solusi kawat nano, masing-masing. Film yang diperoleh dari ITO bernama I-film yang. Dua jenis film memiliki sifat yang berbeda karena substrat yang berbeda.

3. Hasil dan Diskusi

3.1. Morfologi Perak nanowire Film

Seperti ditunjukkan dalam Gambar 1 , Film perak nanowire seragam dibuat dengan menggunakan batang Meyer. Panjang yang paling nanowire perak melebihi 5 μ m, yang cukup lama untuk terhubung ke jaringan. The inset pada Gambar 1 adalah koloid nanowire perak. Warna koloid perak putih kekuningan, mirip dengan koloid perak nanowire sangat murni diperoleh setelah cross-flow filtrasi [ 28 ]. Persiapan hasil tinggi dan kawat nano perak lama telah dipelajari oleh banyak kelompok; Namun, proses reaksi ini biasanya kompleks atau sulit untuk mengontrol [ 29 , 30 ]. Tanpa kontrol yang baik dari konsentrasi reaktan dan proses pertumbuhan, kawat nano perak diperoleh selalu dalam hasil yang rendah disertai dengan jumlah besar oleh-produk seperti nanocubes atau nanospheres tumbuh dari biji isotropik, yang mempengaruhi sifat film nanowire perak.

3.2. Film Melakukan transparan

transmitansi optik selama rentang panjang gelombang besar adalah sifat penting untuk film transparan dan konduktif. Gambar 2 pameran transmitans dari G-film dengan ketebalan yang berbeda, yang dibuat pada substrat kaca dengan konsentrasi yang berbeda dari kawat nano perak. Transmitansi sampel 1 adalah 13%, yang sangat rendah. Ketika konsentrasi menurun dari 2 mM 0,5 mM, transmitansi sampel menunjukkan kecenderungan yang meningkat mencapai 31%, 58%, 62%, dan 65%, masing-masing. Selain itu, dapat dilihat pada Gambar 2 bahwa transmitans dari G-film tetap stabil di dekat inframerah-daerah, yang penting untuk sel surya. Namun, transmitansi dari ITO menurun dari 1.100 nm dijelaskan ke puncak resonansi plasmon tersebut pada 1300 nm [ 19 ]. Konduktivitas G-film juga dipengaruhi oleh ketebalan film. Seperti ditunjukkan dalam Gambar 2 , dengan peningkatan ketebalan, Rs dari G-film yang tetes.

Seperti disebutkan dalam pendahuluan, itu adalah masalah besar untuk mengurangi resistensi persimpangan film nanowire perak. Kami menemukan bahwa peningkatan suhu sintering adalah cara lancar dan efektif untuk meningkatkan konduktivitas film nanowire perak. Seperti terlihat pada Tabel 1 , ketika suhu sintering 150 ° C, Rs sampel 4 adalah / sq. Peningkatan suhu sintering 200 ° C, Rs turun ke / sq. Karena PVT dilapisi permukaan kawat nano perak membusuk sebagian pada 200 ° C, permukaan kawat nano perak dapat terhubung bersama-sama mengarah ke konduktivitas yang lebih tinggi [ 31 ]. Selain itu, pada 200 ° C beberapa kawat nano perak dapat dilas bersama-sama. Ketika suhu sintering adalah 250 ° C, PVP hampir dihapus dan sebagian besar persimpangan antara kawat nano perak dicairkan mengakibatkan Rs rendah dengan / sq, yang dapat dilihat pada Gambar 3 (a) . Ketika suhu sintering 300 ° C, meskipun beberapa dari kawat nano perak yang rusak, film masih jaringan konduktif dengan Rs rendah ( / sq) ditunjukkan pada Gambar 3 (b) . Namun, ketika tipis sampel 5 disinter pada suhu 300 ° C, banyak kawat nano perak yang rusak menyebabkan Film nonconductive yang dapat dilihat pada Gambar 3 (d) . Pada 400 ° C, kawat nano perak sampel 4 hampir rusak (pada Gambar 3 (c) ). Menurut ( 1 ) [ 20 ], kita dapat menghitung yang dapat mengevaluasi kinerja film melakukan transparan, semakin tinggi berarti rasio yang lebih tinggi dari transmisi ke Rs. Itu sampel 4 setelah dirawat di 300 ° C adalah 116,5 yang lebih tinggi dari nanotube karbon [ 32 , 33 ] dan graphene [ 34 ]. Oleh karena itu, G-film memiliki aplikasi potensial pada perangkat optoelektronik:

3.3. Elektroda Elektrokimia Capacitor

The voltametri siklik digunakan untuk mengevaluasi sifat elektrokimia dari I-film yang. Semua pengukuran elektrokimia ini dilakukan dalam 1,0 M KOH menggunakan sistem tiga-elektroda. Gambar 4 menunjukkan kurva CV elektroda I-film yang di scan rate dari 10 hingga 100 mV s -1. CV kurva pameran I-film yang pasti sifat kapasitansi berbeda dari listrik kapasitansi double layer yang memiliki kurva CV persegi panjang. Puncak redoks yang berbeda dapat dilihat dari Gambar 4 di potensial diterapkan dari -0,5 ke 0,5 V vs Hg / HgO yang dihasilkan dari reaksi redoks antara Ag dan Ag 2 O [ 35 ] digambarkan sebagai ( 2 ). Kapasitansi I-film yang di scan tarif yang berbeda dapat diperkirakan dengan luas lingkaran tertutup. Perubahan kapasitansi pada tingkat pemindaian yang berbeda hasil dari yang di scan tarif rendah; difusi ion seluruh sistem reaksi tidak terbatas mengarah ke penuh penggunaan nanowire perak sebagai elektroda, sementara pada tingkat pemindaian tinggi, kapasitansi melakukan double-layer atau perilaku non-Faradic sehingga perak tidak sepenuhnya teroksidasi atau berkurang yang mengakibatkan penurunan kapasitansi [ 36 ]. Hasil penelitian menunjukkan bahwa I-film yang menunjukkan kinerja pseudocapacitance elektrokimia yang sangat baik dan reversibilitas yang baik selama proses charge / discharge:

Biasanya, perak mengalami redoks terbalik dalam kondisi basa. Pada langkah pertama, Ag adalah elektrokimia teroksidasi untuk Ag 2 O oleh , Meninggalkan molekul air dan dua elektron. Dalam arah sebaliknya, molekul air dipisahkan menjadi dan , Sehingga Ag 2 O dapat dikurangi dengan Ag oleh meninggalkan . Akibatnya, kawat nano perak diubah menjadi Ag / Ag 2 O core-shell struktur nano sebagai Gambar 5 (a) menunjukkan. Untuk mendeteksi produksi Ag 2 O selama proses tersebut, EDS dengan ukuran tempat yang besar (sekitar 5 μ m) dilakukan. Pada Gambar 5 (b) , kita dapat melihat persentase dari elemen. Spektrum EDS dipamerkan bahwa rasio atom antara Ag dan O kurang dari dua. Alasannya adalah bahwa sumber oksigen berasal dari Ag 2 O dan PVP yang tercakup pada permukaan kawat nano perak, dan inti dari kawat nano perak masih Ag elemen. Dengan demikian, hasil penelitian ini konsisten dengan teori dan menunjukkan bentuk Ag 2 O / Ag core-shell struktur nano selama proses charge / discharge.

Ada hubungan linear antara tingkat scan dan arus respon sesuai dengan ( 3 ) [ 37 ], di mana adalah debit saat ini (mA); adalah kapasitansi; adalah tingkat scan dari voltametri siklik. Daerah tertutup dari kurva voltametri siklik dapat digunakan untuk memperkirakan kapasitansi elektrokimia. Kapasitansi spesifik dihitung dengan menggunakan ( 4 ), di mana adalah area bahan aktif (cm 2):

Percobaan biaya / debit galvanostatik dilakukan pada jendela potensial dari -0,5 ke 0,5 V untuk mempelajari kapasitansi spesifik I-film yang. Gambar 6 menunjukkan kurva biaya / debit galvanostatik I-film yang pada densitas arus 0,5-6 mA cm -2. Sebagai Tabel 2 menunjukkan, kapasitansi spesifik I-film meningkat 42,2-41,76 mF / cm 2 ketika kerapatan arus meningkat 0,5-3,0 mA / cm 2, yang hanya 1% pembusukan. Namun, kapasitansi spesifik I-film yang menurun tajam menjadi 27 mF / cm 2 di bawah 6,0 mA / cm 2. Alasannya adalah bahwa hasil rapat arus yang lebih besar dalam waktu yang lebih singkat dari redoks antara Ag / Ag 2 O, sehingga ion tidak cukup waktu untuk berdifusi dari elektrolit dan interfase [ 26 ]. Selain itu, permukaan kawat nano ditutupi oleh PVP, yang juga memiliki efek pada tingkat biaya / debit [ 38 ]. Gambar 7 disajikan bahwa retensi kapasitansi I-film yang dengan kepadatan arus 6 mA / cm 2 dapat mencapai 94,2% dari nilai awal setelah 100 siklus. Akibatnya, elektroda I-film yang memiliki stabilitas yang baik selama siklus terus menerus.

4. Kesimpulan

G-film dan I-film yang telah dibuat dengan melapisi kawat nano perak pada kaca dan ITO, masing-masing. Transmitansi G-film meningkat dengan penurunan ketebalan G-film, dan konduktivitas dapat ditingkatkan dengan meningkatkan suhu sintering dikaitkan dengan menghapus PVT dan las dari persimpangan dari kawat nano perak. Hasil penelitian menunjukkan bahwa G-film yang memiliki rasio yang lebih tinggi dari transmisi ke Rs daripada nanotube karbon dan graphene, yang merupakan pengganti menjanjikan ITO diterapkan di daerah optoelektronik. Selain itu, kurva CV I-film yang di bawah tingkat pemindaian yang berbeda memiliki puncak redoks jelas menunjukkan kinerja yang baik dari pseudocapacitance elektrokimia dan reversibilitas yang baik selama proses charge / discharge. Melalui galvanostatik eksperimen biaya / debit, dapat dilihat bahwa kapasitansi spesifik I-film yang tergantung pada kerapatan arus, dan I-film yang menunjukkan stabilitas elektrokimia yang tinggi. Pada rapat arus rendah, pembusukan kapasitansi tertentu dapat diabaikan sementara, kepadatan arus tinggi, kapasitansi spesifik membusuk secara dramatis karena waktu yang singkat untuk difusi ion. Oleh karena itu, kawat nano perak memiliki aplikasi potensi besar dalam perangkat optoelektronik.

Konflik kepentingan

Para penulis menyatakan bahwa tidak ada konflik kepentingan mengenai publikasi makalah ini.

Ucapan Terima Kasih

Karya ini didukung oleh NSFC bawah Hibah tidak ada. 61307066, Doktor Dana dari Departemen Pendidikan Cina di bawah Grants nos. 20110092110016 dan 20130092120024, Science Foundation Alam Provinsi Jiangsu di bawah Hibah tidak ada. BK20130630, Program Nasional Dasar Penelitian dari China (973 Program) di bawah Hibah tidak ada. 2011CB302004, dan Yayasan Kunci Laboratorium Micro-Inertial Instrumen dan Advanced Teknologi Navigasi, Departemen Pendidikan, Cina, di bawah Hibah tidak ada. 201.204.



Rumah | Tentang kita | Produk | Berita | Pameran | Hubungi kami | Umpan balik | Ponsel | XML | Utama Halaman

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

Guangdong Nanhai ETEB Teknologi Co, Ltd