導(dǎo)電銀-納米線光敏聚合物復(fù)合材料：3D打印可實現(xiàn)更高的功能

近日，研究人員發(fā)表的《導(dǎo)電銀-納米線光敏聚合物復(fù)合材料的功能打印》中概述了他們的發(fā)現(xiàn)，研究人員解釋說，聚合物在3D打印中的使用及其存在的固有挑戰(zhàn)已經(jīng)造成了很大的局限性，他們對銀-納米線-聚合物復(fù)合材料進(jìn)行了實驗，并指出導(dǎo)電層對于特定的制造需求（例如電子應(yīng)用）至關(guān)重要。然而，復(fù)合材料必須具有很強(qiáng)的抗隧穿性（因為電子從一個納米顆粒轉(zhuǎn)移到另一個納米顆粒），并且由于結(jié)塊和強(qiáng)光子吸收等問題，以前的研究人員一直在努力創(chuàng)造出具有合適電導(dǎo)率的材料。對于納米線，可以采用另一條途徑，因為它“繞過了導(dǎo)線方向的隧穿電阻”。

銀納米線（Ag-NW）復(fù)合材料提供了要求導(dǎo)電性的“可縮放工藝”，包括：

• 電子產(chǎn)品
• 觸摸屏
• 集成光伏
• 先進(jìn)的光電設(shè)備
• 生物傳感器
  

樣品涂有Ag-NW層，用UV光固化，然后通過多元醇路線合成。結(jié)果是納米線展現(xiàn)出高縱橫比-在這種情況下為100-1000。樹脂在固化時趨于壓縮，在聚合過程中，基體的收縮壓在納米線上。缺乏密度還導(dǎo)致納米線連接和網(wǎng)絡(luò)的靈敏度更高。

堅韌的Ag-NW-聚合物復(fù)合材料的表征和2D打印。（a）通過比較三種不同的Ag-NW密度（26 μg / cm2）的Ag-NW網(wǎng)絡(luò)（黑點）和Ag-NW復(fù)合物（紅色點）的薄層電阻，聚合物交聯(lián)對Ag-NW復(fù)合物導(dǎo)電性的影響，39 μg / cm2和65 μg / cm2）。在高Ag-NW密度下，可以提高所測薄層電阻的可重復(fù)性，但可以減少聚合物涂層對電導(dǎo)率的影響。（b）通過Ag-NW和Ag-NW復(fù)合材料傳輸可見光到近紅外光。實線表示純聚合物或Ag-NW薄膜，而虛線表示Ag-NW復(fù)合材料。對于歸一化為裸玻璃基板的600nm至800nm之間的所有復(fù)合材料，透射率均大于87％。與裸玻璃載玻片相比，聚合物涂層減少了玻璃界面處的散射和反射，從而提高了透射率。（c）生產(chǎn)的聚合物樣品的示例性層厚度和粗糙度：純聚合物層，Ag-NW（7μg/ cm 2）復(fù)合材料和聚合物-Ag-NW（22μg/ cm 2）-聚合物多層樣品。請注意，20-300 μm之間的層厚度代表功能性打印中的典型厚度。厚度與表面粗糙度之比> 1000：1。（d）空白太陽能電池（單晶60010，Sol-Expert）的照片和光學(xué)顯微鏡圖像。用Ulbricht球曝光期間測得的光電流I為650 μA。（e–g）涂層太陽能電池的照片，光學(xué)顯微鏡圖像和測得的光電流（（e）Ag-NWs，（f）聚合物，（g）復(fù)合材料）。

在增加納米線濃度的過程中，降低了透射率，并在相當(dāng)?shù)偷募{米線濃度下優(yōu)化了電導(dǎo)率，這表明聚合物基質(zhì)與Ag-NW網(wǎng)絡(luò)之間存在“微妙的相互作用”。研究人員還發(fā)現(xiàn)，值得注意的是，Ag-NW復(fù)合材料的表面粗糙度在110-160nm之間，這歸因于聚合物的粗糙度。

研究人員說：“這些結(jié)果表明，復(fù)合的Ag-NW聚合物材料可以作為導(dǎo)電和透光電極的競爭材料�！�

樣本中的二維（2D）GISAXS模式。（a）Ag-NWs（58 μg / cm2）。（b）涂有紫外線固化聚合物層的Ag-NWs（7μg / cm2）。（c）裸露的紫外線固化聚合物。強(qiáng)度刻度欄顯示在右側(cè)。從（a，b）可以看出，從五角形形態(tài)的各個方面出發(fā)，從樣本水平開始的清晰的票價為36°±2°（用紅線表示）。（d）模擬Ag-NWs的關(guān)鍵散射特征。（e）硅襯底上的Ag-NW的SEM圖像（Ag-NW密度約為120 μg / cm2）。（f）多面Ag-NW的草圖（改編自44,45）。（g）強(qiáng)度的水平切割（I（qy，qz1 = 0.63nm-1）），（h）I（qy，qz2 = 0.78nm-1），（i）I（qy，qz3 = 0.96nm-1） ）。相應(yīng)地，將所有切口均歸一化為I（0，qz1,2,3）處的強(qiáng)度。顏色代碼對應(yīng)于（a–c）。

在合成的初始階段，在SEM評估中也證實了五重孿晶種子的形成，具有五邊形結(jié)構(gòu)和Ag-NW的孿晶頂部（盡管不適用于該材料）。研究人員通過專用軟件模擬了GISAXS模式的關(guān)鍵特征，從而建立了五角形形態(tài)。

對于3D打印，研究團(tuán)隊通過Formlabs制造了由Ag-NW和柔性光敏聚合物組成的電容器。他們不僅能夠展示3D打印電子產(chǎn)品的潛力，而且還可以證明復(fù)合材料在提高功能性方面的作用。

柔性Ag-NW復(fù)合電容器。（a）電容器截面圖。（b）制作的Ag-NW電容器（10×10 mm2 ）的照片。白虛線表示橫截面的位置，在（a）中顯示。（c）彎曲在玻璃棒上的電容器的照片，以顯示其柔韌性。（d）具有Ag-NW的剝離的電容器的下部的截面圖。

“通過應(yīng)用兩種不同的聚合物，我們制造出了具有不同性能的復(fù)合材料，并針對兩種特定應(yīng)用進(jìn)行了測試。首先，我們通過調(diào)整堅韌透明的基于HDDA的聚合物基質(zhì)中的Ag-NW濃度，優(yōu)化了Ag-NW復(fù)合材料以用作透明頂部觸點。研究人員總結(jié)說：“我們已經(jīng)實現(xiàn)了13Ω/ sq的薄層電阻和700nm的90％的相應(yīng)透射率。” “其次，我們在復(fù)合材料中使用了柔性聚合物基體，用于3D打印的柔性電容器。

“大約7pF的容量與大約5pF的估計值非常吻合。我們的表征涉及GISAXS，它可以研究具有高度統(tǒng)計相關(guān)性的嵌入式納米結(jié)構(gòu)和界面。Tis表明，GISAXS可以進(jìn)一步發(fā)展為一種出色的技術(shù)，用于研究3D打印和技術(shù)相關(guān)的薄膜中的嵌入式納米結(jié)構(gòu)�！�

材料科學(xué)不斷發(fā)展，在其中，復(fù)合材料已成為許多不同應(yīng)用程序中提煉功能的重要組成部分。研究人員正在研究各種各樣的添加劑，從玻璃纖維到木質(zhì)素以及其他木質(zhì)復(fù)合材料，而許多不同的材料都具有潛力，例如抗氧化劑。

編譯：3dprint.com/