+86-757-8128-5193

Изложба

Начало > Изложба > Съдържание

Приложения на Silver Nanowires на прозрачни Провеждане Film и електрода на електрохимическа кондензатор

абстрактен

Silver nanowire има потенциални приложения на прозрачно провеждане филм и електрод от електрохимична кондензатор, поради отличната си проводимост. Прозрачен провеждане филм (G-филм) се получава чрез нанасяне сребърни наножици върху стъклена подложка се използва метод Meyer прът, който проявява по-добра производителност от въглеродни нанотръби и графен. Проводимостта на G-фолио може да се подобри чрез увеличаване на температурата на синтероване. Електрод на електрохимична кондензатор (I-филм) се произвежда чрез същия метод, с G-филм на индиево-калаен оксид (ITO). CV криви на I-филм при различни скорости на сканиране са имали явни върхове окислително-редукционни, които показват, че I-филм показа отлична електрохимична изпълнение pseudocapacitance и добра обратимост по време на процеса на зареждане / разреждане. В допълнение, специфичен капацитет на I-филм беше измерена чрез галваностатични експерименти зареждане / разреждане, което показва, че филм показва висок капацитет и особено отлична електрохимична стабилност.

1. Въведение

През последните години, благородни метали наноматериали, особено сребро наноматериал са във фокуса на научните изследвания, защото на техните уникални физични и химични свойства, които са широко използвани в катализа [ 1 ], оптични, електрически [ 2 , 3 ], и антибактериално [ 4 ] области. Сред тези различни сребърни наноструктури, nanowire е привлякла интензивни сили благодарение на своята висока DC проводимост и оптичен пропускливост. Както оптоелектронни устройства стават по-малки и по-леки, има нарастваща нужда от ефективни прозрачни електроди. Най-често материал на прозрачни електроди е индиево-калаен оксид (ITO); обаче, ITO не може да върви в крак с развитието на оптоелектронни устройства, поради високата цена, крехкост, и критичен процес своята подготовка. Въпреки, че хората са се опитвали да се използват и други материали за производство на прозрачни електроди, като въглеродни нанотръби (CNTs) [ 5 - 8 ], графена [ 9 - 11 ], както и провеждане на полимер [ 12 - 14 ], проблемът, че как да се постигне съотношение на пропускливост на съпротива лист (РС) по-висока от ITO все още не може да бъде решен. Ето защо, много групи, поставени на усилията върху метални наножици, особено сребърни наножици. Leem и др. [ 15 ] са за пръв път сребърни наножици като електрод в слънчеви клетки, и пропускане на това беше 89.3% с ниски Rs на / Кв.м. От тогава, сребърни nanowire филми са произведени от техника прът-покритие [ 16 ] и метод Spay-покритие [ 17 ]. Следователно, сребро nanowire може да се използва като заместител на ITO в бъдеще. С цел да се намали още повече на РС сребърни nanowire филм, Бъргин и др. [ 18 ] изучава ефектите от дължината и диаметъра на сребърни наножици върху техните свойства. По-дългите наножици могат да доведат до по-ниски Rs, дължащи се на по-малко връзки между наножици. Затова приготвянето на ultralong наножици е неотложен въпрос. Освен увеличаване на дължината на nanowire да подобрят своите свойства, Ху и др. прилага механичен метод натискане да се намали съпротивлението на кръстовища, което може да се осъществи връзка на сребърни наножици близо водеща до увеличаване на проводимостта [ 19 ]. Те също така, че покритие злато на филма е ефикасен начин, който може да направи повърхността на сребро nanowire изглаждане което води до намаляване на съпротивлението на кръстовище. Zhu и др. [ 20 ] се използва плазмена обработка за отстраняване на полимера покритие на повърхността на сребро nanowire и заварени съединенията, подобряване на ефективността на сребро nanowire филм. Въпреки това, голяма устойчивост на контакт internanowires все още е ограничаване на развитието на сребърни nanowire филми оптоелектронни и електронни устройства.

В допълнение, сребро nanowire могат да се използват като електроди за електрохимични кондензатор. Прозрачни кондензатори имат потенциално приложение за съхранение на енергия [ 21 - 23 ]. Сорел и др. [ 24 ] получава прозрачен кондензатор от спрей покритие сребърни наножици на полимерни филми, които показват кондензаторни имоти с 1.1 UF / см 2. Въпреки това, в сравнение с други електроди от кондензатор, специфичната капацитет е много по-ниска. Пан и др. [ 25 ] установи, че наноструктурирани преди електрод показа отлични електрохимични свойства и сребърни наножици може да бъде окислен до Ag образуване Ag / Ag ядро-обвивка наноструктури през електрохимична процес [ 26 ]; Следователно, сребро nanowire е обещаващ кандидат за електрохимична кондензатор.

В тази статия, ние подготвени дълги сребърни наножици от един прост метод съобщава в предишната ни работа. Въз основа на това, прозрачно провеждане филм (G-филм) и електрод от електрохимична кондензатор (I-филм) са произведени чрез нанасяне сребърни наножици върху стъкло или ITO, съответно, и техните характеристики са изследвани. Връзката между пропускливост и компактдискове на G-филм беше обсъден. Проводимостта на G-филм се подобрява чрез повишаване на температурата на синтероване. Чрез цикличен voltammetry и галваностатични на зареждане / разреждане експерименти, кондензатор свойства на I-филм са проучени, което показва, че среброто nanowire има висока и стабилна електрохимична капацитет, който може да се използва като материал на електрода на електрохимическа pseudocapacitance.

2. Експериментална

Сребърен нитрат (AgNO 3 99 +%), натриев хлорид (NaCl), етилен гликол (EG), концентрирана сярна киселина (H 2 SO 4) и водороден пероксид (Н 2) са всички закупени от Nanjing Chemical Co. реагент ООД поливинилпиролидон (PVP, К88) е закупен от Аладин. Индиево-калаен оксид (ITO) е закупен от Nanjing Chemical Reagent Co., Ltd.



На морфологии и енергийно дисперсна спектрометър (EDS) на сребърни наножици бяха измерени чрез сканиращ електронен микроскоп (SEM) (Сирион, USA). РС сребърни nanowire филм беше измерено чрез техника четири-сонда с източник метър на Keithley 2701. UV-VIS спектрите са записани с оптична спектрометър (PG2000, Ideaoptics Technology Ltd., Шанхай, Китай). Електрохимично капацитет собственост на сребро nanowire електрод се изследва чрез циклична voltammetry (CV) и галваностатични заряд / измервания газоразрядни използващ електрохимична работна станция (CHI 760D, CH Instruments Co., Ltd.).

2.1. Подготовка на Сребърни Nanowires

Silver nanowire се получава по метода съобщава в предишната ни работа [ 27 ]. Във всеки синтез, L мл EG разтвор на сребърен нитрат 3 (0.9 М) и 0.6 мл EG разтвор на натриев хлорид (0.01 М) се добавя към 18,4 мл EG разтвор на PVP (0.286 М). След това сместа се кипи при 185 ° С за 20 минути. След горните процеси, излишъкът PVP и EG се отстраняват чрез добавяне на дейонизирана вода центрофугиране при 14 000 оборота в минута за 10 минути, 3 пъти.

2.2. Процедура на Сребърни Films върху стъкло и ITO

субстрати стъклото и ITO се третират със смес разтвор на концентрирана сярна киселина и водороден пероксид при ултразвук в продължение на 30 минути, което може да ги хидрофилен. В този случай, може да се получи еднородна филм. Сребърен наножици бяха покрити върху стъкло или ITO субстрат с лечение, използвайки Meyer прът, и след това се нагрява при 150 ° С в продължение на 20 минути. Филмът получава по стъклена подложка е наречен G-филм. Пробите от 1 до 5 са G-филмите, произведени с 2 тМ, 1.75 тМ, 1.5 тМ, 1 тМ и 0.5 тМ разтвор на сребърен наножици, съответно. Филмът получава от ITO е наречен I-филм. Двата вида на филми имат различни свойства, тъй като на различни субстрати.

3. Резултати и Дискусии

3.1. Морфология на Silver Nanowire Film

Както е показано на Фигура 1 , еднакво сребро nanowire филм се получава Meyer прът. Дължината на най сребро nanowire надвишава 5 μ м, което е достатъчно, за да бъдат свързани в мрежа. Притурката на фигура 1 е сребърни nanowire колоиди. Цветът на сребърни колоиди е жълтеникаво-бял, подобен на високо-чисти сребро nanowire колоиди, получени след филтриране напречен поток [ 28 ]. Подготовка на висок добив и дълги сребърни наножици е изследван от много групи; Въпреки това, тези реакционни процеси обикновено са сложни или трудно да се контролира [ 29 , 30 ]. Без глоба за контрол на реагентите концентрации и процес на растеж, получените сребърни наножици винаги са с нисък добив придружени от големи количества странични продукти като nanocubes или наносфери растящи от изотропни семена, който оказва влияние върху свойствата на сребърни nanowire филми.

3.2. Прозрачен Провеждане Film

Оптичен пропускливост в голям диапазон на дължината на вълната е важен имот за прозрачна и проводящ филм. Фигура 2 показва най transmittances на G-филми с различна дебелина, които са били произведени от стъклени субстрати с различни концентрации на сребърни наножици. Пропускливостта на проба 1 е 13%, което е много ниска. Когато концентрацията намалява от 2 тМ до 0.5 тМ, Пропускливостта на проби показват нарастваща тенденция достига 31%, 58%, 62% и 65%, съответно. В допълнение, може да се види на фигура 2 , че transmittances на G-филми поддържат стабилни в близко-инфрачервен региони, което е важно за слънчеви клетки. Въпреки това, за пропускане на ITO е намалял от 1100 нм описано за своя връх плазмен резонанс на 1300 нм [ 19 ]. Проводимостта на G-филми също се влияе от дебелината на филма. Както е показано на фигура 2 , с увеличаването на дебелината на РС на G-филм капки.

Както бе споменато в увода, това е голям проблем да се намали съпротивлението кръстовище на сребро nanowire филм. Ние открихме, че увеличаването на температурата на изпичане е лесен и ефективен начин за подобряване на проводимостта на сребро nanowire филм. Както е показано в таблица 1 , когато температурата на синтероване е 150 ° С, РС на проба 4 е / кв.м. Повишаване на температурата на синтероване до 200 ° С, на РС спадна до / кв.м. Тъй като PVP покритие на повърхността на сребърни наножици се разлага частично при 200 ° С, повърхностите на сребърни наножици могат да се свързват заедно, водещи до по-висока проводимост [ 31 ]. В допълнение, при 200 ° С някои сребърни наножици могат да бъдат заварени заедно. Когато температурата на синтероване е 250 ° С, PVP е почти отстранява и повечето от съединенията между сребърни наножици се разтопи в резултат на по-ниски с Rs / кв.м, което може да се види на фигура 3 (а) . Когато температурата на синтероване е 300 ° С, въпреки че някои от сребърни наножици бяха разделени, филмът е проводяща мрежа с по-ниски Rs ( / кв.м), показана на фигура 3 (В) . Въпреки това, когато разредител проба 5 се синтерува при 300 ° С, много сребърни наножици бяха разделени води до проводящ филм, който може да се види на фигура 3 (г) . При 400 ° С, сребърни наножици на проба 4 са почти разделени (на фигура 3 (в) ). Съгласно ( 1 ) [ 20 ], може да се изчисли което може да направи оценка на изпълнението на прозрачен провеждане филм, толкова по- означава по-висок коефициент на пропускливост за Rs. Най- на проба 4 след обработва при 300 ° С се 116.5 която е по-висока от тази на въглеродна нанотръба [ 32 , 33 ] и графен [ 34 ]. Ето защо, G-филми имат потенциално приложение на оптоелектронни устройства:

3.3. Електрода на електрохимическа кондензатор

Цикличното voltammetry се използва за оценка на електрохимичните свойства на I-филм. Всички тези електрохимични измервания се провеждат в 1.0 М КОН се използва система от три електрода. Фигура 4 показва криви на CV I-филм електрод при скорост на сканиране от 10 до 100 тУ и -1. Кривата на CV на I-филмови експонати определено различни капацитет Имоти от електрически двуслойни капацитет, който има правоъгълна крива CV. Отделни връх редокси може да се види от Фигура 4 в прилага потенциал от -0,5 до 0.5 V срещу Hg / HgO в резултат от реакцията на редокси между Ag и О [Ag 2 35 ] описва като ( 2 ). Капацитетът на I-филм с различна скорост на сканиране може да бъде оценена от площта на затворения кръг. Промени в капацитет при различни скорости на сканиране са резултат от това при ниски лихви за сканиране; дифузията на йони в реакционната система е неограничен, водещо до пълно използване на сребро nanowire като електрод, докато най-висок процент на сканиране, капацитет изпълнява двуслоен или не-фарадичен поведение така, че среброто не е напълно окислен или намалени в резултат на намалението на капацитет [ 36 ]. Резултатите показват, че I-филм показва отлична електрохимична изпълнение pseudocapacitance и добра обратимост по време на процеса на зареждане / разреждане:

Обикновено, сребро преживява обърната редокс в алкална състояние. В първия етап, Ag е електрохимично окислява до Ag 2 O от , Оставяйки една молекула вода и два електрона. В разговаря посока, молекула вода се отделя в и , Така че Ag 2 О може да се намали до Ag от оставяйки , В резултат на сребърни наножици бяха трансформирани в Ag / Ag ядро-обвивка наноструктури на фигура 5 (а) показват. За откриване на производството на Ag 2 O по време на процеса, се извършва ЕСХУ с голям размер на място (приблизително 5 μ m). На Фигура 5 (б) , можем да видим, процентите на елементи. EDS спектър показа, че съотношението на атом между Ag и О е по-малко от две. Причината е, че източници на кислород от Ag и PVP който е покрит на повърхността на сребърни наножици, и основата на сребро наножици все още Ag елемент. По този начин, резултатът от експеримента е в съответствие с теоретичния и демонстрира формата на Ag 2 O / Ag ядро-обвивка наноструктури време на процеса на зареждане / разреждане.

Съществува линейна зависимост между скоростта на сканиране и ток отговор съгласно ( 3 ) [ 37 ], където е токът разряд (mA); е капацитет; е в размер на цикличния voltammetry сканиране. Приложената областта на кривата на цикличен voltammetry може да се използва за оценка на електрохимична капацитет. Специфичната капацитет се изчислява с използване на ( 4 ), където е площта на активен материал (cm 2):

Експериментите за галваностатични на зареждане / разреждане, се провеждат в рамките на евентуална прозорец от -0,5 до 0,5 V за изучаване на специфичен капацитет на I-филм. Фигура 6 показва галваностатични криви на зареждане / разреждане на I-филм при плътност на тока от 0.5 до 6 mA см -2. В Таблица 2 показва, специфичната капацитет на I-филм се увеличава от 42.2 до 41.76 MF / см 2, когато плътността на тока се увеличава от 0.5 до 3.0 mA / cm 2, което е само 1% разпадане. Въпреки това, специфичният капацитет на I-филм рязко спада до 27 MF / cm 2 при 6.0 mA / cm 2. Причината е, че по-големи резултати плътност на тока в по-кратко време на редокс между Ag / Ag 2 O, така че йони имат не достатъчно време, за да се разпространи от електролит и интерфазата [ 26 ]. В допълнение, на повърхността на наножици е обхваната от PVP, които също имат ефект върху скоростта на зареждане / разреждане, [ 38 ]. Фигура 7 представя, че задържането капацитет на I-филм при плътност на тока от 6 mA / cm 2 може да се постигне 94,2% от първоначалната стойност след 100 цикъла. В резултат, I-филм електрод има добра стабилност при продължително цикли.

4. Заключения

G-филм и I-филм са били произведени чрез нанасяне сребърни наножици върху стъкло и ITO, съответно. Пропускливостта на G-филм увеличава с намаляването на дебелината на G-филм и проводимостта може да се подобри чрез увеличаване на температурата на синтероване дължи на Премахване на PVP и заваръчния шев на възли на сребърни наножици. Резултатите показват, че G-филм има по-висок коефициент на пропускливост за Rs от тази на въглеродни нанотръби и графен, който е обещаващ подмяна на ITO прилага в оптоелектронни области. В допълнение, кривите CV на I-филм при различни скорости на сканиране са имали явни редокс върхове, показващи доброто си представяне на електрохимична pseudocapacitance и добра обратимост по време на процеса на зареждане / разреждане. Чрез галваностатични експерименти зареждане / разреждане, може да се види, че специфичен капацитет на I-филм зависи от плътността на тока, и филм показва висока електрохимична стабилност. При ниска плътност на тока, разпад на специфичен капацитет могат да бъдат пренебрегнати, докато, при висока плътност на тока, специфичният капацитет изгнили драстично заради кратко време за дифузия на йони. Ето защо, сребърни наножици имат голям потенциал приложения в оптоелектронни устройства.

Конфликт на интереси

Авторите декларират, че не е налице конфликт на интереси по отношение на публикуването на този документ.

Благодарности

Тази работа е подкрепена от NSFC под Грант не. 61307066, Докторантски фонд на Министерство на образованието на Китай под Grants бр. 20110092110016 и 20130092120024, Природонаучен фондация на провинция Дзянсу под Грант не. BK20130630, Националната Basic програма за научни изследвания на Китай (973 Program) под Грант не. 2011CB302004, и Фондацията на Key лаборатория на Micro-инерционна Instrument и усъвършенствана технология за навигация, Министерство на образованието, Китай, под Грант не. 201204.