+86-757-8128-5193

Udstilling

Hjem > Udstilling > Indhold

Anvendelser af Silver nanotråde på Transparent Gennemførelse Film og elektrode af elektrokemiske Capacitor

Abstrakt

Sølv Nanotråd har potentielle applikationer på transparent ledende film og elektrode elektrokemisk kondensator på grund af sin fremragende ledningsevne. Transparent ledende film (G-film) blev fremstillet ved at overtrække sølv nanotråde på glassubstratet ved anvendelse Meyer rod metode, som udviste bedre ydeevne end carbon nanorør og graphene. Ledningsevnen af G-film kan forbedres ved at øge sintringstemperaturen. Elektrode elektrokemisk kondensator (I-film) blev fremstillet gennem den samme metode med G-folie på indiumtinoxid (ITO). CV kurver af I-film under forskellige skannehastigheder havde indlysende redox toppe, der er angivet, at jeg-film udviste fremragende elektrokemisk pseudocapacitance ydeevne og god reversibilitet under opladning / afladning proces. Desuden blev den specifikke kapacitans af I-film måles ved galvanostatiske opladning / afladning eksperimenter, hvilket indikerer, at I-film udviser høj særlige kapacitans og fremragende elektrokemisk stabilitet.

1. Introduktion

I de seneste år, ædle metal nanomaterialer, især sølv nanomateriale blevet fokus for forskningen på grund af deres unikke fysiske og kemiske egenskaber, som er blevet meget udbredt i katalyse [ 1 ], optisk, elektrisk [ 2 , 3 ], og antibakterielle [ 4 ] områder. Blandt disse forskellige sølv nanostrukturer har nanowire tiltrukket intense på grund af dens høje dc ledningsevne og optisk transmittans. Som optoelektroniske enheder bliver mindre og lettere, er der et stigende behov for effektive transparente elektroder. Den mest almindelige materiale af transparente elektroder er indiumtinoxid (ITO); dog kan ITO ikke holde trit med udviklingen af optoelektroniske anordninger på grund af de høje omkostninger, skørhed, og kritisk forberedelse proces. Selv om folk har forsøgt at bruge andre materialer til at fremstille transparente elektroder, såsom kulstofnanorør (CNTs) [ 5 - 8 ], graphene [ 9 - 11 ], og ledende polymer [ 12 - 14 ], det problem, at hvordan man kan opnå forholdet transmittans til ark modstand (Rs) så høj som ITO stadig ikke kan løses. Derfor er mange grupper sætte indsatsen på metalliske nanotråde, især sølv nanotråde. Leem et al. [ 15 ] har været banebrydende sølv nanotråde som elektroden i solceller, og transmittansen af det var 89,3% med lave R'er af / Sq. Siden da har sølv nanotråd film blevet fremstillet ved stang-coating teknik [ 16 ] og spay-coating metoden [ 17 ]. Derfor kan sølv nanotråd anvendes som en erstatning for ITO i fremtiden. For yderligere at mindske R'er af sølv nanotrådene film, Bergin et al. [ 18 ] undersøgte virkningerne af længde og diameter af sølv nanotråde på deres egenskaber. Længere nanotråde kan resultere i lavere Rs følge af færre forbindelser mellem nanotråde. Derfor udarbejdelse af ultralong nanotråde er et presserende problem. Ud over at øge længden af nanotrådene at forbedre dens egenskaber, Hu et al. anvendt mekanisk presning metode til at reducere modstanden mellem knudepunkter, som kan gøre tilslutning af sølv nanotråde tættere førende til stigningen i ledningsevnen [ 19 ]. De fandt også, at overtrækning guld på filmen er en effektiv måde, der kan gøre overfladen af sølv nanotrådene glatte fører til fald i krydset modstand. Zhu et al. [ 20 ] anvendte plasma behandling for at fjerne polymer belagt på overfladen af sølv nanowire og svejset de vejkryds, forbedre effektiviteten af sølv nanowire film. Men den store kontaktmodstanden af internanowires er stadig en begrænsning af udviklingen af sølv nanowire film i optoelektroniske og elektroniske apparater.

Desuden kan sølv nanotråd også anvendes som elektroder af elektrokemisk kondensator. Gennemsigtige kondensatorer har potentiel anvendelse på energilagring [ 21 - 23 ]. Sorel et al. [ 24 ] fremstilles gennemsigtig kondensator ved spraycoating sølv nanowires on polymer film, som udviste kondensator egenskaber med 1,1 uF / cm2. Sammenlignet med andre elektroder kondensator, den specifikke kapacitans var imidlertid meget lavere. Pan et al. [ 25 ] fandt, at nanostrukturerede AgO elektrode viste gode elektrokemiske egenskaber, og sølv nanowires kan oxideres til Ag2O danner Ag / Ag 2 O kerne-skal-nanostrukturer under den elektrokemiske proces [ 26 ]; derfor, sølv nanotråd er en lovende kandidat for elektrokemisk kondensator.

I dette papir, vi forberedt lange sølv nanotråde ved en simpel metode rapporteret i vores tidligere arbejde. Baseret på dette, transparent ledende film (G-film) og elektrode elektrokemisk kondensator (I-film) blev fremstillet ved at overtrække sølv nanotråde på glas eller ITO henholdsvis og deres egenskaber blev undersøgt. Forholdet mellem transmission og R'er af G-film blev drøftet. Ledningsevnen af G-film blev forbedret ved forøgelse sintringstemperaturen. Ved cyklisk voltammetri og galvanostatisk opladning / afladning eksperimenter blev kondensator egenskaber af I-film undersøgt, hvilket indikerer, at sølv nanotråd har høj og stabil elektrokemisk kapacitans, der kan anvendes som materiale til elektrode elektrokemisk pseudocapacitance.

2. Eksperimentel

Sølvnitrat (AgNO3 99 +%), natriumchlorid (NaCl), ethylenglycol (EG), koncentreret svovlsyre (H 2 SO 4), og hydrogenperoxid (H2O 2) blev alle anskaffet fra Nanjing Chemical Reagent Co. Ltd Polyvinylpyrrolidon (PVP, K88) blev købt fra Aladdin. Indiumtinoxid (ITO) blev købt fra Nanjing Chemical Reagent Co Ltd



De morfologier og Energi Dispersive Spectrometer (EDS) af sølv nanotråde blev målt ved scanning elektron mikroskop (SEM) (SIRION, USA). De R'er sølv Nanotråd film blev målt ved fire-sonde-teknik med en Keithley 2701 kilde meter. UV-vis-spektre blev registreret af et fiberoptisk spektrometer (PG2000, Ideaoptics Technology Ltd, Shanghai, Kina). Elektrokemisk kapacitans ejendom sølv nanowire elektrode undersøges gennem cyklisk voltammetri (CV) og galvanostatisk opladning / udledning målinger ved hjælp af en elektrokemisk arbejdsstation (CHI 760D, CH Instruments Co., Ltd.).

2.1. Udarbejdelse af Silver nanotråde

Sølv Nanotråd blev fremstillet ved metoden beskrevet i vores tidligere arbejde [ 27 ]. I hver syntese blev l ml EG opløsning af AgNO3 (0,9 M) og 0,6 ml EG opløsning af NaCl (0,01 M) tilsat til 18,4 ml EG opløsning af PVP (0,286 M). Derefter blev blandingen tilbagesvalet ved 185 ° C i 20 min. Efter de ovennævnte processer, blev det overskydende PVP og EG fjernes ved tilsætning deioniseret vand centrifugering ved 14000 rpm i 10 min, 3 gange.

2.2. Procedure for Silver Spillefilm på glas og ITO

Glas- og ITO substrater blev behandlet af blandingen opløsning af koncentreret svovlsyre og hydrogenperoxid under ultralydbehandling i 30 minutter, hvilket kan gøre dem hydrofile. I dette tilfælde kan der opnås ensartet film. Silver nanotråde blev coatet på glas eller ITO-substrat med behandling under anvendelse Meyer stang, og derefter opvarmet i 150 ° C i 20 min. Den opnåede på glasunderlaget film blev betegnet G-film. Prøver 1 til 5 er G-film fremstillet med 2 mM, 1,75 mM, 1,5 mM, 1 mM og 0,5 mM sølv nanowires opløsning hhv. Den opnåede på ITO filmen blev opkaldt I-film. De to typer af film har forskellige egenskaber på grund af forskellige substrater.

3. Resultater og diskussioner

3.1. Morfologi af Silver nanowire Film

Som vist i figur 1 , blev ensartet sølv nanowire film fremstillet ved anvendelse af Meyer stang. Længden af mest sølv nanowire overstiger 5 μ m, som er lang nok til at blive forbundet til et netværk. Det indsatte i figur 1 er sølv nanotråd kolloider. Farven på sølv kolloider er gullig hvid, svarer til de stærkt oprensede sølv nanotråd kolloider opnået efter tværstrømsfiltrering [ 28 ]. Fremstilling af højt udbytte og lange sølv nanowires er blevet undersøgt af mange grupper; men disse reaktionsprocesser er sædvanligvis komplekse eller vanskelige at kontrollere [ 29 , 30 ]. Uden fin kontrol over reaktantkoncentrationer og vækst proces, de opnåede sølv nanotråde er altid i lavt udbytte ledsaget af store mængder af biprodukter såsom nanocubes eller nanosfærer vokser fra isotrope frø, som påvirker egenskaberne af sølv nanotråd film.

3.2. Gennemsigtig Gennemførelse Film

Optisk transmission over et stort bølgelængdeområde er en vigtig egenskab for en gennemsigtig og ledende film. Figur 2 udstiller de transmittanser af G-film med forskellige tykkelser, som blev fremstillet på glas substrater med forskellige koncentrationer af sølv nanotråde. Transmittansen af prøven 1 er 13%, hvilket er meget lavt. Når koncentrationen faldt fra 2 mM til 0,5 mM, transmittansen af prøver viste en stigende tendens nå 31%, 58%, 62% og 65%, hhv. Desuden kan det ses i figur 2 , at transmittanser af G-film holde stabile i de nær-infrarøde regioner, hvilket er vigtigt for solceller. Imidlertid transmittansen af ITO faldt fra 1100 nm beskrevet til sin plasmon resonans top ved 1300 nm [ 19 ]. Ledningsevnen af G-film er også påvirket af tykkelsen af filmen. Som vist i figur 2 , med stigningen i tykkelse, de R'er af G-film dråber.

Som nævnt i indledningen, er det et stort problem at sænke krydset modstand sølv nanowire film. Vi fandt, at forøgelse af sintringstemperaturen er en let og effektiv måde at forbedre ledningsevnen af sølv nanowire film. Som vist i tabel 1 , når sintringstemperaturen var 150 ° C, Rs i prøve 4 var / sq. Forøgelse sintringstemperaturen til 200 ° C, Rs faldet til / sq. Fordi PVP overtrukket på overfladen af sølv nanowires blev nedbrudt delvist ved 200 ° C, kan overfladerne af sølv nanotråde forbinde sammen fører til højere ledningsevne [ 31 ]. Hertil kommer, ved 200 ° C nogle sølv nanotråde kan svejses sammen. Når sintringstemperaturen var 250 ° C, blev PVP næsten fjernet og de fleste af de forbindelser mellem sølv nanowires blev smeltet resulterer i de lavere Rs med / sq, som kan ses i figur 3 (a) . Når sintringstemperaturen var 300 ° C, selvom nogle af sølv nanowires var brudt, filmen stadig var en ledende netværk med lavere R'er ( / sq) vist i figur 3 (b) . Men når tyndere prøve 5 blev sintret ved 300 ° C blev mange sølv nanowires brudt fører til ikke-ledende film, som kan ses i figur 3 (d) . Ved 400 ° C blev sølv nanotråde i prøve 4 næsten brudt (i figur 3 (c) ). Ifølge ( 1 ) [ 20 ], kan vi beregne der kan evaluere resultaterne af transparente ledende film, jo højere betyder det højere forhold mellem transmittansen til Rs. Det af prøve 4 efter behandling ved 300 ° C var 116,5 hvilket er højere end den for carbon nanorør [ 32 , 33 ] og graphene [ 34 ]. Derfor G-film har potentiel anvendelse på optoelektroniske anordninger:

3.3. Elektrode i Elektrokemisk Capacitor

Den cykliske voltammetri anvendes til at vurdere de elektrokemiske egenskaber af I-film. Alle disse elektrokemiske målinger udføres i 1,0 M KOH under anvendelse af en tre-elektrodesystem. Figur 4 viste CV kurver af I-film-elektrode med en scanningshastighed på fra 10 til 100 mV s-1. CV kurve af I-film udstiller absolut forskellige kapacitans egenskaber fra elektrisk dobbelt lag kapacitans, som har rektangulær CV kurve. Distinkt top redox kan ses fra figur 4 i den påførte potentiale fra -0,5 til 0,5 V versus Hg / HgO følge af redoxreaktionen mellem Ag og Ag 2 O [ 35 ] beskrevet som ( 2 ). Kapacitansen af I-film ved forskellige scan satser kan estimeres med arealet af den lukkede kreds. Ændringer i kapacitans ved forskellige scan satser skyldes, at ved lave scan satser; diffusionen af ioner i hele reaktionssystemet er ubegrænset fører til fuld udnyttelse af sølv nanotrådene som elektrode, mens ved høje scan satser, kapacitans udfører to lag eller ikke-Faradic adfærd, således at sølv ikke er fuldt oxideres eller reduceres resulterer i faldet af kapacitansen [ 36 ]. Resultaterne indikerer, at I-film viser fremragende elektrokemisk pseudocapacitance ydeevne og god reversibilitet under opladning / afladning proces:

Normalt sølv oplever en omvendt redox i alkaliske betingelser. I det første trin, er Ag elektrokemisk oxideret til Ag 2 O ved Og efterlod et vandmolekyle og to elektroner. I en omvendt retning, blev et vandmolekyle adskilt i og , Således at Ag2O kan reduceres til Ag ved forlader . Som følge heraf blev sølv nanotråde transformeret ind Ag / Ag 2 O kerne-skal-nanostrukturer som figur 5 (a) viste. For at detektere produktionen af Ag 2 O under processen blev EDS med en stor pletstørrelse (ca. 5 μ m) udføres. I figur 5 (b) , kan vi se de procentsatser af elementerne. EDS spektret udviste at atomforholdet mellem Ag og O er mindre end to. Årsagen er, at kilder til oxygen er fra Ag 2 O og PVP, som er dækket på overfladen af sølv nanotråde, og kernen i sølv nanowires er stadig Ag element. Således eksperimentet resultat er i overensstemmelse med teori og demonstrerer form af Ag 2 O / Ag kerne-skal-nanostrukturer under opladning / afladning proces.

Der er en lineær sammenhæng mellem scanningen sats og svar strøm ifølge ( 3 ) [ 37 ], hvor er udledningen (mA); er kapacitans; er den scanningshastighed på den cykliske voltammetri. Det lukkede område af den cykliske voltammetri kurve kan anvendes til at estimere den elektrokemiske kapacitans. Den specifikke kapacitans beregnes ved anvendelse af ( 4 ), hvor er det område af aktivt materiale (cm2):

De galvanostatiske eksperimenter opladning / udledning foregår på en potentiel vindue fra -0,5 til 0,5 V for at studere den specifikke kapacitans af I-film. Figur 6 viser de galvanostatiske opladning / afladning kurver af I-film ved en strøm massefylde på fra 0,5 til 6 mA cm-2. Som tabel 2 viste den specifikke kapacitans af I-film steget fra 42.2 til 41.76 mF / cm2, når strømtætheden steget fra 0,5 til 3.0 mA / cm2, hvilket kun er 1% forfald. Men den specifikke kapacitans af I-film faldt kraftigt til 27 mF / cm2 under 6,0 mA / cm2. Årsagen er, at større resultater aktuelle tæthed i kortere tid af redox mellem Ag / Ag 2 O, så ioner har ikke tid nok til at diffundere fra elektrolyt og interfase [ 26 ]. Desuden er overfladen af nanowires dækket af PVP, der også har virkning på opladning / afladning sats [ 38 ]. Figur 7 præsenterede at kapacitansen tilbageholdelse af I-film ved en strømtæthed på 6 mA / cm2 kan opnå 94,2% af oprindelig værdi efter 100 cyklusser. Som et resultat, I-filmelektrode har en god stabilitet under kontinuerlige cyklusser.

4 konklusioner

G-film og I-film er blevet fremstillet ved at coate sølv nanotråde på glas og ITO hhv. Transmittansen af G-folie steget med faldet af tykkelsen af G-film, og ledningsevnen kan forbedres ved at forøge sintringstemperaturen tilskrives fjern PVP og svejsning af forbindelserne af sølv nanowires. Resultaterne viste, at G-film havde højere forhold mellem transmittansen til Rs end det kulstof nanorør og graphene, som er en lovende udskiftning af ITO anvendt i optoelektroniske områder. Desuden CV kurver af I-film under forskellige skannehastigheder havde indlysende redox toppe angiver de gode resultater af elektrokemisk pseudocapacitance og god reversibilitet under opladning / afladning proces. Gennem galvanostatiske opladning / afladning eksperimenter, kan det ses, at den specifikke kapacitans af I-film afhænger af den strømtæthed, og I-film udviser høj elektrokemisk stabilitet. Ved lav strømtæthed, kan henfaldet af specifikke kapacitans ignoreres mens, ved høj strømtæthed, den specifikke kapacitans henfaldet dramatisk på grund af kort tid til diffusion af ioner. Derfor sølv nanotråde har store potentielle anvendelser i optoelektroniske anordninger.

Interessekonflikter

Forfatterne erklærer, at der ikke er nogen interessekonflikt vedrørende offentliggørelsen af dette papir.

Tak

Dette arbejde understøttes af NSFC under Grant nr. 61307066, Ph.d. Fonden af Undervisningsministeriet i Kina under Grants nos. 20110092110016 og 20130092120024, Natural Science Foundation i Jiangsu-provinsen under Grant nr. BK20130630, National Basic Research Program Kina (973 Program) under Grant nr. 2011CB302004, og Stiftelsen for Key Laboratory of Micro-Inertial Instrument og Advanced Navigation Technology, Undervisningsministeriet, Kina, under Grant nr. 201.204.



Hjem | Om os | Produkter | Nyheder | Udstilling | Kontakt os | Feedback | Ambulant foretage en opringning | XML | vigtigste side

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

Guangdong Nanhai ETEB Technology Co, Ltd