+86-757-8128-5193

Arddangosfa

Cartref > Arddangosfa > Cynnwys

Ceisiadau o Silver Nanowires ar Ffilm Cynnal Tryloyw a electrodau o electrogemegol Cynhwysydd

Abstract

Mae gan nanowire arian ceisiadau posibl ar ffilm ddargludo dryloyw a electrod o cynhwysydd electrogemegol oherwydd ei dargludedd rhagorol. Ffilm cynnal Tryloyw (G-ffilm) ei baratoi gan cotio nanowires arian ar swbstrad gwydr gan ddefnyddio dull gwialen Meyer, a oedd yn arddangos perfformiad yn well na nanotube carbon a graphene. Gall y dargludedd o G-ffilm yn cael eu gwella drwy gynyddu tymheredd sintro. Electrodau o cynhwysydd electrogemegol (I-ffilm) yn ffug drwy'r un dull gyda G-ffilm ar dun Indiwm ocsid (ITO). Roedd gan cromliniau CV o I-ffilm dan wahanol gyfraddau sganio copaon rhydocs amlwg, a oedd yn dangos fy mod-ffilm arddangos perfformiad pseudocapacitance electrogemegol ardderchog a gwrthdroadwyedd da proses tâl / rhyddhau yn ystod. Yn ogystal, mae'r capacitance benodol o I-ffilm ei fesur gan arbrofion tâl / rhyddhau galvanostatic, sy'n dangos bod I-ffilm yn arddangos capacitance arbennig uchel a sefydlogrwydd electrogemegol rhagorol.

1. Cyflwyniad

Yn y blynyddoedd diwethaf, nanomaterials metel bonheddig, nanomaterial enwedig arian dod yn ganolbwynt ymchwil oherwydd eu priodweddau ffisegol a chemegol unigryw, sydd wedi cael ei defnyddio'n eang mewn catalysis [ 1 ], optegol, trydanol [ 2 , 3 ], a gwrthfacterol [ 4 ] ardaloedd. Ymhlith y rhain amrywiol nanostructures arian, nanowire wedi denu lluoedd dwys oherwydd ei dargludedd dc uchel a Trawsyriant optegol. Wrth i ddyfeisiau optoelectroneg yn dod yn llai ac yn ysgafnach, mae angen cynyddol am electrodau tryloyw effeithlon. Mae'r deunydd mwyaf cyffredin o electrodau tryloyw yw tun Indiwm ocsid (ITO); fodd bynnag, ni all ITO gadw i fyny â datblygu dyfeisiau optoelectroneg oherwydd ei gost uchel, breuder, a proses baratoi'r beirniadol. Er bod pobl wedi ceisio defnyddio deunyddiau eraill i fabricate electrodau tryloyw, fel nanotiwbiau carbon (CNTs) [ 5 - 8 ], graphene [ 9 - 11 ], a chynnal polymer [ 12 - 14 o ], y broblem bod y ffordd i gyflawni cymhareb o Ni all Trawsyriant â gwrthiant ddalen (Rs) mor uchel â ITO yn dal i gael eu datrys. Felly, mae llawer o grwpiau rhoi ymdrech ar nanowires metelaidd, yn enwedig nanowires arian. Leem et al. [ 15 ] wedi arloesi nanowires arian fel yr electrod mewn celloedd solar, a Trawsyriant ohono oedd 89.3% gyda Rs isel o / Sgwâr. Ers hynny, ffilmiau nanowire arian wedi cael eu ffugio gan dechneg gwialen-cotio [ 16 ] a dull Spay-cotio [ 17 ]. Felly, gall nanowire arian yn cael ei ddefnyddio yn lle o ITO yn y dyfodol. Er mwyn lleihau Rs o ffilm nanowire arian, Bergin et al ymhellach. [ 18 ] a astudiwyd effeithiau hyd a diamedr o nanowires arian ar eu heiddo. Gall nanowires hirach arwain at Rs is oherwydd llai o gysylltiadau rhwng nanowires. Felly, paratoi nanowires ultralong yn fater brys. Ar wahân i gynyddu hyd yr nanowire i wella ei eiddo, Hu et al. cymhwyso dull pwyso mecanyddol i leihau gwrthiant cyffyrdd, sy'n gallu gwneud cysylltiad o nanowires arian yn agosach arwain at y cynnydd y dargludedd [ 19 ]. Canfuwyd hefyd bod cotio aur ar y ffilm yn ffordd effeithlon, sy'n gallu gwneud wyneb nanowire arian llyfn yn arwain at y gostyngiad y gwrthiant gyffordd. Zhu et al. [ 20 ] Defnyddir triniaeth plasma i gael gwared ar y polymer gorchuddio ar wyneb nanowire arian ac weldio y cyffyrdd, gwella perfformiad ffilm nanowire arian. Fodd bynnag, mae'r gwrthiant cyswllt fawr o internanowires yn dal i fod yn gyfyngiad ar ddatblygiad ffilmiau nanowire arian mewn dyfeisiau optoelectroneg ac electronig.

Yn ogystal, gall nanowire arian hefyd ei ddefnyddio fel electrodau o cynhwysydd electrocemegol. Cynwysorau Tryloyw cael cais posibl ar storio ynni [ 21 o - 23 o ]. Sorel et al. [ 24 ] a baratowyd cynhwysydd dryloyw gan nanowires arian chwistrell-cotio ar ffilmiau polymer, a oedd yn arddangos priodweddau cynhwysydd gyda 1.1 UF / cm 2. Fodd bynnag, o gymharu â electrodau eraill o cynhwysydd, mae'r cynhwysiant penodol yn llawer is. Padell et al. [ 25 ] fod nanostructured electrod yn ôl yn dangos priodweddau electrogemegol rhagorol, a gellir nanowires arian gael ei oxidized i Ag 2 O ffurfio Ag / Ag 2 O nanostructures craidd-gragen yn ystod y broses electrogemegol [ 26 ]; Felly, nanowire arian yn ymgeisydd addawol o cynhwysydd electrocemegol.

Yn y papur hwn, rydym yn paratoi nanowires arian hir drwy ddull syml adroddwyd yn ein gwaith blaenorol. Yn seiliedig ar hyn, ffilm dargludo tryloyw (G-ffilm) a electrod o cynhwysydd electrogemegol (I-ffilm) yn ffug trwy orchuddio nanowires arian ar wydr neu ITO, yn y drefn honno, ac ymchwiliwyd eu nodweddion. Trafodwyd y berthynas rhwng Trawsyriant a Rs o G-ffilm. Mae dargludedd o G-ffilm ei gwella drwy gynyddu tymheredd sintro. Drwy voltammetry cylchol a thâl galvanostatic / arbrofion gollwng, priodweddau cynhwysydd o I-ffilm astudiwyd, sy'n dangos bod nanowire arian gan capacitance uchel a sefydlog electrogemegol y gellir eu defnyddio fel deunydd o electrod o pseudocapacitance electrocemegol.

2. Arbrofol

Arian nitrad (AgNO 3 99 +%), sodiwm clorid (NaCl), ethylen glycol (EG), asid sylffwrig crynodedig (H 2 SO 4), a hydrogen perocsid (H 2 O 2) i gyd a brynwyd oddi wrth Nanjing Cemegol adweithydd Co , Ltd Polyfinyl PYRROLIDONE (PVP, K88) yn prynu oddi wrth Aladdin. tun Indiwm ocsid (ITO) yn prynu oddi wrth Nanjing Cemegol adweithydd Co, Ltd



Mae'r morphologies ac Ynni Gwasgarol Sbectromedr (EDS) o'r nanowires arian eu mesur drwy sganio microsgop electron (SEM) (Sirion, UDA). Mae Rs ffilm nanowire arian yn cael ei fesur gan dechneg pedwar-chwiliedydd gyda Keithley 2701 ffynhonnell mesurydd. UV-vis sbectra yn cael eu cofnodi gan sbectromedr ffibr-optig (PG2000, Ideaoptics Technology Ltd, Shanghai, China). eiddo capacitance electrogemegol o electrod nanowire arian yn cael ei ymchwilio drwy voltammetry cylchol (CV) a thâl galvanostatic / mesuriadau rhyddhau gan ddefnyddio gweithfan electrogemegol (CHI 760D, CH Offerynnau Co, Ltd).

2.1. Paratoi Nanowires Arian

Nanowire arian ei baratoi gan y dull a nodwyd yn ein gwaith blaenorol [ 27 ]. Ym mhob synthesis, l ml EG ateb o AgNO 3 (0.9 M) a 0.6 ml EG ateb o NaCl (0.01 M) eu hychwanegu at 18.4 ml EG ateb o PVP (0.286 M). Yna y cymysgedd ei adlifo ar 185 ° C am 20 munud. Ar ôl y prosesau uchod, mae'r PVP gormodol a EG eu symud drwy ychwanegu allgyrchu dŵr deionized ar 14000 rpm am 10 munud, 3 gwaith.

2.2. Gweithdrefn Ffilmiau Silver ar Gwydr a ITO

Mae'r swbstradau gwydr a ITO eu trin gan yr ateb cymysgedd o asid a hydrogen perocsid sylffwrig crynodedig dan ultrasonication am 30 munud, sy'n gallu eu gwneud yn hydroffilig. Yn yr achos hwn, gall ffilm unffurf gael. nanowires Silver eu gorchuddio ar wydr neu ITO swbstrad gyda thriniaeth, gan ddefnyddio Meyer gwialen, ac yna gynhesu yn 150 ° C am 20 munud. Mae'r ffilm a gafwyd ar swbstrad wydr ei enwi G-ffilm. Samplau 1 i 5 yn G-ffilmiau ffug gyda 2 mM, 1.75 mM, 1.5 mM, 1 mM, a 0.5 mM arian datrysiad nanowires, yn y drefn honno. Mae'r ffilm a gafwyd ar y ITO enwyd I-ffilm. Mae'r ddau fath o ffilmiau gwahanol briodweddau oherwydd gwahanol swbstradau.

3. Canlyniadau a Trafodaethau

3.1. Morffoleg Silver Nanowire Ffilm

Fel y dangosir yn Ffigur 1 , gwisg ffilm nanowire arian baratoi gan ddefnyddio Meyer gwialen. Mae hyd y rhan fwyaf o nanowire arian yn fwy na 5 μ m, sydd yn ddigon hir i gael eu cysylltu i rwydwaith. Mae'r mewnosodiad yn Ffigur 1 yn coloidau nanowire arian. Mae lliw y coloidau arian yn wyn melynaidd, yn debyg i'r coloidau nanowire arian puro iawn a geir ar ôl hidlo traws-lif [ 28 ]. Paratoi cynnyrch uchel a nanowires arian hir wedi cael ei hastudio gan lawer o grwpiau; fodd bynnag, mae prosesau adwaith rhain fel arfer yn gymhleth neu'n anodd i'w rheoli [ 29 , 30 ]. Heb reolaeth dirwy o grynodiadau adweithyddion a'r broses twf, mae'r nanowires arian a gafwyd bob amser mewn cynnyrch isel yng nghwmni symiau mawr o sgil-gynhyrchion megis nanocubes neu nanospheres tyfu o hadau isotropic, sy'n dylanwadu ar y priodweddau ffilmiau nanowire arian.

3.2. Ffilm Cynnal Tryloyw

Trawsyriant optegol dros ystod tonfedd mawr yn eiddo pwysig ar gyfer ffilm dryloyw ac dargludol. Ffigur 2 arddangosion y transmittances o G-ffilmiau gyda gwahanol drwch, a gafodd eu ffug ar swbstradau gwydr gyda gwahanol grynodiadau o nanowires arian. Mae Trawsyriant o sampl 1 yw 13%, sydd yn isel iawn. Pan gostwng y crynodiad o 2 mM i 0.5 mM, mae'r Trawsyriant o samplau yn dangos tuedd gynyddol yn cyrraedd 31%, 58%, 62%, a 65%, yn y drefn honno. Yn ogystal, gellir gweld yn Ffigur 2 fod y transmittances o G-ffilmiau yn cadw sefydlog yn y dyfodol agos-is-goch ranbarthau, sy'n bwysig ar gyfer celloedd solar. Fodd bynnag, mae'r Trawsyriant o ITO gostwng o 1100 nm Disgrifiodd at ei anterth cyseiniant Plasmon am 1300 nm [ 19 ]. Mae dargludedd o G-ffilmiau hefyd yn cael ei effeithio gan y trwch ffilm. Fel y dangosir yn Ffigur 2 , gyda'r cynnydd o drwch, y Rs o G-ffilm diferion.

Fel y soniwyd yn y cyflwyniad, mae'n broblem fawr i leihau gwrthiant cyffordd ffilm nanowire arian. Gwelsom fod cynyddu'r tymheredd sintro yn ffordd arwynebol ac yn effeithiol i wella dargludedd o ffilm nanowire arian. Fel y dangosir yn Nhabl 1 , pan oedd y tymheredd sintro 150 ° C, y Rs y sampl 4 oedd / sgwâr. Cynyddu tymheredd sintro i 200 ° C, y Rs gostwng i / sgwâr. Oherwydd bod y PVP gorchuddio ar wyneb nanowires arian yn rhannol bydru yn 200 ° C, gall y wynebau o nanowires arian cysylltu gyda'i gilydd yn arwain at dargludedd uwch [ 31 ]. Hefyd, ar 200 ° C Gall rhai nanowires arian gael ei weldio gyda'i gilydd. Pan oedd y tymheredd sintro 250 ° C, PVP ei ddileu bron ac mae'r rhan fwyaf o'r cyffyrdd rhwng nanowires arian toddi yn arwain at Rs isaf gyda / sgwâr, y gellir ei weld yn Ffigur 3 (a) . Pan oedd y tymheredd sintro 300 ° C, er bod rhai o'r nanowires arian wedi'u torri, y ffilm yn dal i fod yn rhwydwaith dargludol gyda Rs is ( / sgwâr) a ddangosir yn Ffigur 3 (b) . Fodd bynnag, pan fydd y sampl deneuach 5 yn sintered ar 300 ° C, mae llawer o nanowires arian torri yn arwain at ffilm nonconductive y gellir eu gweld yn Ffigur 3 (d) . Ar 400 ° C, y nanowires arian y sampl 4 wedi'u torri bron (yn Ffigur 3 (c) ). Yn ôl i ( 1 ) [ 20 ], rydym yn gallu cyfrifo sy'n gallu gwerthuso perfformiad ffilm ddargludo dryloyw, yr uwch yw cymhareb uwch o Trawsyriant i Rs. y y sampl 4 ar ôl eu trin ar 300 ° C yn 116.5 sy'n uwch nag ar gyfer nanotube carbon [ 32 , 33 ] a graphene [ 34 ]. Felly, G-ffilmiau yn cael cais posibl ar ddyfeisiau optoelectroneg:

3.3. Electrodau o electrogemegol Cynhwysydd

Mae'r voltammetry cylchol yn cael ei ddefnyddio i werthuso eiddo electrogemegol o I-ffilm. Mae'r holl fesuriadau electrogemegol hyn yn cael eu cynnal yn 1.0 M KOH ddefnyddio system tri-electrod. Ffigur 4 yn dangos cromliniau CV o electrod I-ffilm ar gyfradd sgan 10-100 mV s -1. Mae'r gromlin CV arddangosion I-ffilm bendant yn wahanol briodweddau cynhwysiant rhag cynhwysiant haen ddwbl trydan sydd â gromlin CV hirsgwar. Gall brig rhydocs Gwahanadwy y gwelir o Ffigwr 4 yn y potensial cymhwyso o -0.5 i 0.5 V yn erbyn Hg / HgO deillio o'r adwaith rhydocs rhwng Ag a Ag 2 O [ 35 ] disgrifio fel ( 2 ). Gall cynhwysiant o I-ffilmiau ar wahanol gyfraddau sgan yn cael ei amcangyfrif arwynebedd y cylch caeedig. Newidiadau mewn cynhwysiant ar wahanol gyfraddau sgan yn deillio o hynny ar gyfraddau sgan isel; y trylediad ïonau drwy gydol y system adwaith yn ddiderfyn yn arwain at defnydd llawn o nanowire arian fel electrod, tra ar gyfraddau sgan uchel, mae'r cynhwysiant perfformio dwbl-haen neu ymddygiad di-Faradic fel nad yw arian yn cael ei oxidized llwyr neu eu lleihau gan arwain at y gostyngiad o'r cynhwysiant [ 36 ]. Canlyniadau yn dangos bod I-ffilm yn dangos perfformiad pseudocapacitance electrogemegol ardderchog a gwrthdroadwyedd da proses tâl / rhyddhau yn ystod:

Fel arfer, arian yn profi rhydocs wrthdroi mewn cyflwr alcalïaidd. Yn y cam cyntaf, Ag yn cael ei oxidized electrochemically i Ag 2 O gan , Gan adael moleciwl dŵr a dau electron. I gyfeiriad sgwrsio, moleciwl dŵr yn ei wahanu i mewn ac , Fel y gall O Ag 2 yn cael ei leihau i Ag gan gan adael . O ganlyniad, nanowires arian yn cael eu trawsnewid yn Ag / Ag 2 nanostructures O craidd-cragen fel y mae Ffigur 5 (a) yn dangos. I ganfod cynhyrchu Ag 2 O yn ystod y broses, mae'r EDS gyda maint smotyn mawr (tua 5 μ m) ei pherfformio. Yn Ffigwr 5 (b) , gallwn weld y canrannau o elfennau. Arddangos sbectrwm EDS bod y gymhareb atom rhwng Ag a O yn llai na dau. Y rheswm yw bod ffynonellau ocsigen yn dod o Ag 2 O a PVP sy'n cael ei gynnwys ar wyneb nanowires arian, a'r craidd nanowires arian yn dal i fod yr elfen Ag. Felly, y canlyniad arbrawf yn gyson â theori ac yn dangos ffurf Ag 2 O / Ag nanostructures craidd-gragen yn ystod y broses codi tâl / rhyddhau.

Mae perthynas linol rhwng y gyfradd sgan a'r ymateb presennol yn ôl ( 3 ) [ 37 ], lle yn cyflawni ar hyn o bryd (mA); yw'r cynhwysiant; yw'r gyfradd sgan o'r voltammetry cylchol. Gall yr ardal gaeëdig y gromlin voltammetry cylchol yn cael ei ddefnyddio i amcangyfrif y cynhwysiant electrogemegol. Y cynhwysiant penodol ei gyfrifo gan ddefnyddio ( 4 ), pan fo yw'r ardal o ddeunydd gweithredol (cm 2):

Mae'r arbrofion tâl / rhyddhau galvanostatic yn cael eu cynnal ar botensial ffenestr o -0.5 i 0.5 V i astudio capacitance penodol o I-ffilm. Mae Ffigur 6 yn dangos y cromliniau tâl / rhyddhau galvanostatic o I-ffilm ar ddwysedd cyfredol 0.5-6 cm mA -2. Fel y mae Tabl 2 yn dangos, cynyddodd y capacitance penodol o I-ffilm 42.2-41.76 MF / cm 2 pan gynyddodd y dwysedd presennol 0.5-3.0 mA / cm 2, sef dim ond 1% pydredd. Fodd bynnag, mae'r capacitance benodol o I-ffilm gostwng yn sydyn i 27 MF / cm 2 o dan 6.0 mA / cm 2. Y rheswm yw bod y canlyniadau dwysedd cyfredol mwy mewn amser byrrach o rhydocs rhwng Ag / Ag 2 O, fel bod ïonau yn cael digon o Nid yw amser i dawelu o electrolyt a Rhyngffas [ 26 ]. Yn ogystal, mae'r arwyneb nanowires yn dod o dan PVP, sydd hefyd yn cael effaith ar y gyfradd tâl / rhyddhau [ 38 ]. Ffigur 7 Cyflwynodd y gall cadw cynhwysiant o I-ffilm ar ddwysedd presennol o 6 mA / cm 2 yn cyflawni 94.2% o werth cychwynnol ar ôl 100 o gylchoedd. O ganlyniad, mae'r electrod I-ffilm Mae sefydlogrwydd da yn ystod cylchoedd parhaus.

4. Casgliadau

G-ffilm a I-ffilm wedi cael eu ffugio trwy orchuddio nanowires arian ar wydr a ITO, yn y drefn honno. Mae Trawsyriant o G-ffilm cynyddu gyda gostyngiad o drwch G-ffilm, a gall y dargludedd gael ei wella drwy gynyddu tymheredd sintro priodoli i dynnu o PVP a weldio o gyffyrdd o nanowires arian. Dangosodd y canlyniadau fod gan G-ffilm gymhareb uwch o Trawsyriant i Rs na nanotube carbon a graphene, sydd yn un newydd addawol o ITO cymhwyso mewn ardaloedd optoelectroneg. Yn ogystal, roedd gan y cromliniau CV o I-ffilm dan wahanol gyfraddau sganio copaon rhydocs amlwg yn nodi ei berfformiad da o pseudocapacitance electrogemegol a gwrthdroadwyedd da proses tâl / rhyddhau yn ystod. Trwy arbrofion tâl / rhyddhau galvanostatic, gellir gweld bod y capacitance penodol o I-ffilm yn dibynnu ar y dwysedd cyfredol, ac I-ffilm arddangosion sefydlogrwydd electrogemegol uchel. Ar hyn o ddwysedd ar hyn o bryd yn isel, gall y dadfeiliad cynhwysiant penodol yn cael eu hanwybyddu tra, ar ddwysedd uchel presennol, mae'r cynhwysiant penodol wedi pydru yn ddramatig oherwydd yr amser byr ar gyfer y trylediad o ïonau. Felly, nanowires arian wedi ceisiadau botensial mawr mewn dyfeisiau optoelectroneg.

Gwrthdaro Buddiannau

Mae'r awduron yn datgan nad oes unrhyw wrthdaro buddiannau ynghylch cyhoeddi'r papur hwn.

cydnabyddiaethau

Cefnogir y gwaith hwn gan NSFC dan Grant dim. 61307066, Doethurol Gronfa o Weinyddiaeth Addysg o Tsieina o dan rhifau Grantiau. 20110092110016 a 20130092120024, Gwyddorau Naturiol Sylfaen o Jiangsu Talaith o dan Grant dim. BK20130630, mae'r Cenedlaethol Rhaglen Ymchwil Sylfaenol o Tsieina (973 Rhaglen) o dan y Grant dim. 2011CB302004, a Sefydliad y Labordy Allweddol Micro-inertial Offerynnau a Thechnoleg Navigation Uwch, y Weinyddiaeth Addysg, Tsieina, o dan Grant dim. 201,204.



Cartref | amdanom ni | Cynhyrchion | Newyddion | Arddangosfa | Cysylltwch â ni | Adborth | Ffôn symudol | XML | Prif Tudalen

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

Technoleg Guangdong ETEB Nanhai Co., Ltd