Aplikasyon nan Silver nanofil sou transparan Film Òganize ak electrodes a elèktrochimik kondansateur

- Mar 06, 2017 -

Abstract

Nanowire Silver gen aplikasyon pou potansyèl sou transparan fim Òganize ak electrodes a CAPACITOR electrochemical akòz konduktiviti ekselan li yo. Transparan fim fè (G-fim) te prepare pa kouch nanofil ajan sou substra vè lè l sèvi avèk Meyer baton metòd, ki ekspoze pi bon pèfòmans pase nanotub kabòn ak grafèn. Ka konduktiviti a nan G-fim dwe amelyore a lè yo ogmante tanperati SINTERING. Electrodes a CAPACITOR electrochemical (I-fim) te fabrike nan metòd la menm ak G-fim sou oksid fèblan Endyòm (ITO). CV koub nan I-fim anba pousantaj optik diferan te gen tèt oksido evidan, ki endike ke I-fim ekspoze ekselan pèfòmans pseudocapacitance electrochemical ak bon revèrsibilite pandan pwosesis chaj / egzeyat. Anplis de sa, yo te capacité an espesifik nan I-fim mezire pa galvanostatic eksperyans chaj / egzeyat, ki endike ke I-fim montre segondè capacité espesyal ak ekselan estabilite electrochemical.

1. Entwodiksyon

Nan dènye ane yo, nanomateryo metal nòb, nanomaterial espesyalman ajan vin konsantre a nan rechèch paske nan pwopriyete inik yo fizik ak chimik, ki te lajman ki itilize nan catalyse [ 1 ], optik, elektrik [ 2 , 3 ], ak anti-bakteri [ 4 ] zòn nan. Pami chanjman sa yo nanostruktur divès kalite ajan, nanowire te atire fòs entans akòz konduktiviti segondè dc li yo ak optik transmissions. Kòm aparèy opto vin pi piti ak pi lejè, gen yon bezwen ogmante pou elektwòd efikas transparan. Materyèl ki pi komen nan elektwòd transparan se oksid Endyòm fèblan (Ito); sepandan, Ito pa ka kenbe vitès ak devlopman nan aparèy opto paske nan depans segondè, fragilité, ak pwosesis preparasyon kritik li yo. Malgre ke moun yo te eseye sèvi ak lòt materyèl yo fabrikasyon elektwòd transparan, tankou nanotub kabòn (CNTs) [ 5 - 8 ], grafèn [ 9 - 11 ], ak fè polymère [ 12 - 14 ], pwoblèm nan ki ki jan yo reyalize rapò nan transmissions rezistans fèy (Rs) kòm yon wo Ito toujou pa ka rezoud. Se poutèt sa, anpil gwoup mete efò sou nanofil metalik, patikilyèman nanofil ajan. Leem et al. [ 15 ] te pionnier nanofil ajan kòm electrodes a nan solè selil wouj, ak transmissions la nan li te 89.3% ak Rs ki ba nan / Sq. Depi lè sa a, fim nanowire ajan yo te fabrike pa teknik baton-kouch [ 16 ] ak metòd Spay-kouch [ 17 ]. Se poutèt sa, ka nanowire ajan dwe itilize kòm yon ranplasman pou Ito nan lavni. Yo nan lòd yo pi lwen diminye Rs yo nan fim ajan nanowire, Bergin et al. [ 18 ] etidye efè yo nan longè ak dyamèt ki nanofil ajan sou pwopriyete yo. Pi long nanofil ka rezilta nan pi ba Rs akòz mwens koneksyon ki genyen ant nanofil. Se poutèt sa, preparasyon an nan nanofil ultralong se yon pwoblèm ijan. Apa de ogmante longè a nan nanowire amelyore pwopriyete li yo, Hu et al. aplike mekanik metòd peze diminye rezistans a nan rakor, yo ka fè koneksyon nan nanofil ajan pi pre dirijan ak ogmantasyon an nan konduktiviti nan [ 19 ]. Yo menm tou yo te jwenn ke kouch lò sou fim nan se yon fason efikas, yo ka fè sifas la nan ajan nanowire lis ki mennen ale nan diminye a nan rezistans nan junction. Zhu et al. [ 20 ] itilize tretman plasma yo retire polymère a kouvwi sou sifas la nan nanowire ajan ak soude rakor yo, amelyore pèfòmans nan an ajan fim nanowire. Sepandan, rezistans nan kontak gwo nan internanowires se toujou yon limit nan devlopman nan nan fim nanowire ajan nan aparèy opto ak elektwonik.

Anplis de sa, ka nanowire ajan tou gen pou itilize kòm elektwòd nan CAPACITOR electrochemical. Kondansateur transparan gen aplikasyon potansyèl sou depo enèji [ 21 - 23 ]. Sorel et al. [ 24 ] prepare transparan CAPACITOR pa espre-kouch nanofil ajan sou fim polymère, ki ekspoze pwopriyete CAPACITOR ak 1.1 UF / cm 2. Sepandan, konpare ak lòt elektwòd nan CAPACITOR, capacité a espesifik te pi ba anpil. Pan et al. [ 25 ] te jwenn ke nanostrukture electrodes de sa te montre ekselan pwopriyete electrochemical, ak nanofil ajan ka soksid Ag 2 O fòme Ag / Ag 2 O nanostruktur core-koki pandan pwosesis la electrochemical [ 26 ]; Se poutèt sa, nanowire ajan se yon kandida pwomèt nan CAPACITOR electrochemical.

Nan papye sa a, nou prepare nanofil ajan lontan pa yon metòd senp rapòte nan travay anvan nou yo. Baze sou sa a, transparan fim Òganize (G-fim) ak electrodes a electrochemical CAPACITOR (I-fim) yo te fabrike pa kouch nanofil ajan sou glas oswa Ito, respektivman, ak karakteristik yo te envestige a. Relasyon ki genyen ant transmissions ak Rs nan G-fim te diskite. konduktiviti a nan G-fim te amelyore a lè yo ogmante tanperati SINTERING. Pa voltametrik siklik ak galvanostatic chaj / eksperyans egzeyat, pwopriyete yo CAPACITOR a I-fim te etidye, ki endike ke nanowire ajan gen segondè, epi ki estab capacité electrochemical ki ka itilize kòm materyèl nan electrodes a electrochemical pseudocapacitance.

2. eksperimantal

Silver nitrat (AgNO 3 99 +%), klori sodyòm (NaCl), ethylene glycol (EG), konsantre asid silfirik (H 2 SO 4), ak oksijene idwojèn (H 2 O 2) tout te achte nan men Nanjing Chimik Reyaktif co , yo te Ltd vinil PYRROLIDONE (PVP, K88) achte nan men aladen. Endyòm fèblan oksid (ITO) te achte nan men Nanjing Chimik Reyaktif co, Ltd



morfoloji yo ak enèji dispersive spectrometer (eds) nan nanofil ajan te mezire pa analysis electron microscope mikwoskòp elektwonik (Sèm) (SIRION, USA). Rs yo an ajan fim nanowire te mezire pa teknik kat-pwofonde ak yon Keithley 2701 mèt sous. UV-vis SPECTRA te anrejistre pa yon spectrometer espektwomèt fibre nan je (PG2000, Ideaoptics Teknoloji Ltd, Shanghai, Lachin). se electrochemical capacité pwopriyete an ajan electrodes nanowire envestige nan voltametrik siklik (CV) ak galvanostatic chaj / mezi egzeyat lè l sèvi avèk yon estasyon electrochemical (CHI 760D, CH Enstriman co, Ltd).

2.1. Preparasyon nan Silver nanofil

Te Silver nanowire prepare pa metòd la total nan travay anvan nou [ 27 ]. Nan chak sentèz, yo te l mL EG solisyon nan AgNO 3 (0.9 M) a ak 0.6 mL EG solisyon nan NaCl (0.01 M) te ajoute nan 18.4 mL EG solisyon nan PVP (0.286 M). Lè sa a, te melanj lan refluxed nan 185 ° C pou 20 min. Apre pwosesis ki anwo yo, te PVP a depase ak EG retire lè yo ajoute dezyonize santrifigasyon dlo nan 14000 rpm pou 10 min, 3 fwa.

2.2. Pwosedi a Films Silver sou Glass ak Ito

vè ak Ito substrats yo te trete pa solisyon an melanj de konsantre silfirik asid ak oksijene idwojèn anba ultrasonication pou 30 min, sa ki ka fè yo idrofil. Nan ka sa a, ka inifòm fim ka jwenn. nanofil Silver te kouvwi sou glas oswa Ito substra ak tretman, lè l sèvi avèk Meyer baton, ak Lè sa a chofe nan 150 ° C pou 20 min. te fim nan jwenn sou substra vè yo te rele G-fim. Samples 1 a 5 yo G-fim fabrike ak 2 mm, 1.75 mm, 1.5 mm, 1 mm, ak 0.5 mm nanofil ajan solisyon, respektivman. te fim nan jwenn sou Ito a yo te rele I-fim. kalite yo de nan fim gen pwopriyete diferan paske nan substrats diferan.

3. rezilta ak Diskisyon

3.1. Mòfolojik nan Silver Nanowire Film

Menm jan yo montre nan Figi 1 , yo te inifòm fim ajan nanowire prepare lè l sèvi avèk Meyer baton. Longè a nan pi nanowire ajan depase 5 μ m, ki se lontan ase yo dwe konekte nan yon rezo-a. Carytown a nan Figi 1 se an ajan koloidal nanowire. Koulè a nan koloidal ajan se jòn blan, menm jan ak koloidal yo trè fè sèvis pou mete ajan nanowire jwenn li apre yo kwa-koule filtraj [ 28 ]. te Preparasyon nan sede segondè, epi nanofil ajan lontan yo te etidye pa anpil gwoup; sepandan, pwosesis reyaksyon sa yo yo anjeneral konplèks oswa ki difisil a kontwole [ 29 , 30 ]. San yo pa kontwòl amann nan konsantrasyon reyaktan ak pwosesis kwasans, jwenn nanofil an ajan yo toujou nan sede ba akonpaye pa gwo kantite pa-pwodwi tankou nanocubes oswa nanospheres ap grandi soti nan grenn izotropik, ki enfliyanse pwopriyete yo nan fim nanowire ajan.

3.2. Transparan Òganize Film

Optical transmissions sou yon seri longèdonn gwo se yon pwopriyete enpòtan pou transparan epi li conducteur fim. Figi 2 ekspozisyon transmittances yo nan G fim-ak epeseur diferan, ki te fabrike sou substrats vè ki genyen yon konsantrasyon diferan nan nanofil ajan. transmissions la nan echantiyon 1 se 13%, ki se trè ba. Lè konsantrasyon a diminye soti nan 2 mm a 0.5 mm, transmissions nan nan echantiyon te montre yon tandans ogmante rive 31%, 58%, 62%, ak 65%, respektivman. Anplis de sa, li ka wè nan Figi 2 ki transmittances yo nan G-fim kenbe ki estab nan tou pre-enfrawouj rejyon yo, ki se enpòtan pou selil solè. Sepandan, transmissions nan Ito diminye soti nan 1100 NM dekri nan somè plasmonik sonorite li yo nan 1300 NM [ 19 ]. se konduktiviti a nan G-fim tou ki afekte nan epesè nan fim. Menm jan yo montre nan Figi 2 , ak ogmantasyon an nan epesè, Rs yo nan G-fim gout.

Kòm mansyone nan entwodiksyon an, li se yon gwo pwoblèm a diminye rezistans a junction an ajan fim nanowire. Nou te jwenn ke ogmante tanperati a SINTERING se yon fason fasil epi yo efikas amelyore konduktiviti nan an ajan fim nanowire. Menm jan yo montre nan tablo 1 , lè tanperati a SINTERING te 150 ° C, Rs yo nan echantiyon 4 te / sq. Ogmante tanperati SINTERING a 200 ° C, Rs yo tonbe nan / sq. Paske PVP nan kouvwi sou sifas nan nanofil ajan te dekonpoze pasyèlman nan 200 ° C, sifas yo nan nanofil ajan ka konekte ansanm ki mennen ale nan pi wo konduktiviti [ 31 ]. Anplis de sa, nan 200 ° C kèk nanofil ajan ka soude ansanm. Lè tanperati a SINTERING te 250 ° C, PVP te prèske retire ak pi fò nan rakor ki genyen ant nanofil ajan te fonn ki kapab lakòz yon Rs ki pi ba ak / sq, sa ki ka ka wè nan Figi 3 (a) . Lè tanperati a SINTERING te 300 ° C, byenke kèk nan nanofil ajan te kase, fim nan toujou te yon rezo conducteur ki pi ba Rs ( / sq) yo montre nan Figi 3 (b) . Sepandan, lè yo te mens echantiyon 5 SINTERED nan 300 ° C, anpil nanofil ajan te kase ki mennen ale nan fim nonconductive ki ka wè nan Figi 3 (d) . Nan 400 ° C, nanofil an ajan nan echantiyon 4 te prèske kase (nan Figi 3 () c ). Dapre ( 1 ) [ 20 ], nou ka kalkile sa ki ka evalye pèfòmans lan nan transparan fim Òganize, pi wo a vle di rapò a ki pi wo nan transmissions a Rs. nan nan echantiyon 4 apre trete nan 300 ° C te 116.5 ki se pi wo pase sa yo ki nanotub kabòn [ 32 , 33 ] ak grafèn [ 34 ]. Se poutèt sa, G-fim gen aplikasyon potansyèl sou aparèy opto:

3.3. Electrodes a elèktrochimik kondansateur

se voltametrik nan siklik itilize yo evalye pwopriyete yo electrochemical nan I-fim. Tout moun sa yo mezi electrochemical yo fèt nan 1.0 M KOH lè l sèvi avèk yon sistèm twa-electrodes. Figi 4 te montre koub CV a electrodes I-fim nan yon pousantaj eskanè soti nan 10 a 100 mv a -1. Koub la CV nan ekspozisyon I-fim definitivman diferan pwopriyete capacité soti nan elektrik capacité kouch doub ki te gen rektangilè koub CV. Ka distenk pik oksido ka wè nan Figi 4 nan potansyèl la aplike soti nan -0.5 nan 0.5 V kont Hg / HgO ki soti nan reyaksyon an oksido ant Ag ak Ag 2 O [ 35 ] dekri tankou ( 2 ). ka capacité a nan I-fim nan pousantaj eskanè diferan dwe estime pa zòn nan nan sèk la fèmen. Chanjman nan capacité nan diferan pousantaj eskanè lakòz soti nan ki nan pousantaj eskanè ba; difizyon an nan iyon nan tout sistèm lan reyaksyon se san limit ki mennen ale nan itilize plen ak nanowire ajan kòm electrodes, pandan y ap nan pousantaj eskanè segondè, capacité a ap fè doub-kouch oswa konpòtman ki pa Faradic pou ke ajan pa konplètman soksid oswa redwi sa ki lakòz diminye nan nan capacité a [ 36 ]. Rezilta endike ke I-fim montre ekselan pèfòmans pseudocapacitance electrochemical ak bon revèrsibilite pandan pwosesis chaj / egzeyat:

Anjeneral, ajan eksperyans yon oksido ranvèse nan yon kondisyon asid. Nan premye etap la, Ag se elèktrochimik soksid Ag 2 O pa , Kite yon molekil dlo ak de électrons. Nan yon direksyon konvès, yo te yon molekil dlo separe an ak , Se konsa ka ki Ag 2 O ap redwi a Ag pa kite . Kòm yon rezilta, nanofil ajan te transfòme nan Ag / Ag 2 nanostruktur O core-koki kòm Figi 5 (a) te montre. Yo detekte pwodiksyon an nan Ag 2 O pandan pwosesis la, eds a ak yon gwosè plas gwo (apeprè 5 μ m) te fèt. Nan Figi 5 (b) , nou ka wè pousantaj yo nan eleman. EDS spectre ekspoze ke rapò a atòm ant Ag ak O se mwens pase de. Rezon ki fè la se ke sous oksijèn yo soti nan Ag 2 O ak PVP ki se ki kouvri sou sifas la nan nanofil ajan ak nwayo a nan nanofil ajan se toujou Ag eleman. Se konsa, rezilta a eksperyans se ki konsistan avèk teyori epi demontre fòm lan nan Ag 2 O / Ag core-koki nanostruktur pandan pwosesis la chaj / egzeyat.

Gen yon relasyon lineyè ant to a eskanè ak aktyèl la repons dapre ( 3 ) [ 37 ], kote se kounye a nan egzeyat (MA); se capacité a; se pousantaj la eskanè a voltametrik nan siklik. Ka nan zòn nan ki fèmen nan koub la voltametrik siklik dwe itilize yo estime capacité nan electrochemical. Capacité nan espesifik se kalkile lè l sèvi avèk ( 4 ), kote se zòn nan nan materyèl aktif (cm 2):

Galvanostatic Eksperyans yo chaj / egzeyat yo fèt kanpe bò yon fennèt potansyèl soti nan -0.5 nan 0.5 V yo etidye capacité an espesifik nan I-fim. Figi 6 montre galvanostatic koub yo chaj / egzeyat nan I-fim nan yon dansite aktyèl nan 0.5 a 6 MA -2 cm. Kòm Table 2 te montre, capacité an espesifik nan I-fim ogmante de 42.2 41,76 MF / cm 2 lè dansite aktyèl la ogmante de 0.5 a 3.0 MA / cm 2, ki se sèlman 1% pouri anba tè. Sepandan, capacité an espesifik nan I-fim sevè yo te refize fè 27 MF / cm 2 anba 6.0 MA / cm 2. Rezon ki fè la se ke pi gwo rezilta aktyèl dansite nan pi kout tan nan oksido ant Ag / Ag 2 O, se konsa ke iyon pa gen ase tan yo difize soti nan elektwolit ak interphase [ 26 ]. Anplis de sa, se sifas la nan nanofil kouvri pa PVP, ki tou gen efè sou pousantaj la chaj / egzeyat [ 38 ]. Figi 7 prezante ki retansyon an capacité nan I-fim nan yon dansite aktyèl la nan 6 MA / cm 2 kapab reyalize 94.2% nan valè inisyal apre 100 sik. Kòm yon rezilta, electrodes a I-fim te gen yon estabilite bon pandan sik kontinyèl.

4. Konklizyon

te G-fim ak I-fim te fabrike pa kouch nanofil ajan sou vè ak Ito, respektivman. transmissions la nan G-fim ogmante ak diminye nan nan epesè nan G-fim, e yo ka konduktiviti nan dwe amelyore a lè yo ogmante tanperati SINTERING atribiye nan retire nan PVP ak jwen nan rakor nan nanofil ajan. Rezilta te montre ke G-fim te gen pi wo rapò nan transmissions a Rs pase sa yo ki nanotub kabòn ak grafèn, ki se yon ranplasman pwomèt nan Ito aplike nan zòn opto. Anplis de sa, koub yo CV a I-fim anba pousantaj optik diferan te gen evidan tèt oksido ki endike pèfòmans bon li yo nan pseudocapacitance electrochemical ak bon revèrsibilite pandan pwosesis chaj / egzeyat. Atravè galvanostatic eksperyans chaj / egzeyat, li ka wè ki capacité an espesifik nan I-fim depann sou dansite la kounye a, ak I-fim montre segondè estabilite electrochemical. Nan dansite ki ba aktyèl, ka pouri anba tè a nan capacité espesifik dwe inyore ti tan, nan gwo dansite kounye a, capacité a espesifik infirm dramatikman paske nan kout tan pou difizyon an nan iyon. Se poutèt sa, nanofil ajan gen gwo potansyèl aplikasyon nan aparèy opto.

Konfli Enterè

Otè yo deklare ke pa gen okenn konfli enterè konsènan piblikasyon an nan papye sa a.

Remèsiman

Sa a se travay ki te sipòte pa NSFC anba Grant pa gen okenn. 61307066, doktora Fon nan Ministè Edikasyon nan Lachin anba NOS Sibvansyon. 20110092110016 ak 20130092120024, Natirèl Syans Fondasyon nan Jiangsu Pwovens anba Grant pa gen okenn. BK20130630, National Pwogram a Debaz Rechèch nan Lachin (973 Pwogram) anba Grant pa gen okenn. 2011CB302004, ak Fondasyon an nan kle laboratwa nan mikwo-inèrsyèl Enstriman ak Avanse Navigasyon Teknoloji, Ministè Edikasyon, Lachin, anba Donasyon pa gen okenn. 201204.



On:Ankr conducteur Nan 2017: Next Big bagay sa yo Pwochen:Silver nanopartikl