+86-757-8128-5193

Expozitie

Acasă > Expozitie > Conţinut

Aplicații ale Silver Nanofirelor pe film transparent Realizare și electrod de electrochimică condensator

Abstract

Nanofire de argint are aplicatii potentiale pe film transparent conductor și electrod de condensator electrochimice , datorită conductivității sale excelente. Peliculă transparentă conduce (G-film) a fost preparat prin acoperirea nanofire de argint pe substrat de sticlă folosind metoda tijă Meyer, care au prezentat o performanță mai bună decât nanotub de carbon și de grafen. Conductivitatea G-film poate fi îmbunătățită prin creșterea temperaturii de sinterizare. Electrod de condensator electrochimice (I-film) a fost fabricat prin aceeași metodă cu G-peliculă pe oxid de indiu staniu (OIT). CV - ul curbe I-peliculă sub diferite rate de scanare a avut vârfuri redox evidente, care a indicat faptul că l- au prezentat filmul performanta excelenta pseudocapacitance electrochimice si buna reversibilitatea in timpul procesului de încărcare / descărcare de gestiune. În plus, capacitatea specifică de I-film a fost măsurat prin experimente de încărcare / descărcare galvanostatic, indicând faptul că filmogena prezintă capacitate de inalta si stabilitate electrochimică excelenta.

1. Introducere

In ultimii ani, nanomateriale de metale nobile, nanomaterial mai ales de argint deveni centrul de cercetare datorită proprietăților lor unice fizice și chimice, care a fost utilizat pe scară largă în cataliză [ 1 ], optice, electrice [ 2 , 3 ] și antibacterian [ 4 ] zone. Printre aceste diferite nanostructuri de argint, nanofire a atras forțe intense datorită conductivității sale ridicate de curent continuu și factorul de transmisie optică. Ca dispozitive optoelectronice devin mai mici și mai ușoare, există o nevoie tot mai mare de electrozi transparente eficiente. Materialul cel mai frecvent de electrozi transparent este oxid de staniu indiu (OIT); cu toate acestea, nu se poate ține OIT pasul cu dezvoltarea de dispozitive optoelectronice, din cauza, fragilității, iar procesul de preparare critic de cost ridicat. Deși oamenii au încercat să folosească alte materiale pentru fabricarea electrozilor transparente, cum ar fi nanotuburi de carbon (CNT) [ 5 - 8 ], grafen [ 9 - 11 ], și de polimer conducător [ 12 - 14 ], problema pe care modul de a realiza raportul dintre factorul de transmisie a rezistenței plăcii (Rs), la fel de mare ca și OIT încă nu pot fi rezolvate. Prin urmare, mai multe grupuri de pus eforturi asupra nanofire metalice, în special nanofire de argint. Leem și colab. [ 15 ] au fost pionierii nanofire de argint ca electrod în celule solare, iar factorul de transmisie a acestuia a fost de 89,3% , cu Rs scazut de / Sq. De atunci, filmele nanofire de argint au fost fabricate prin tehnica bielă-acoperire [ 16 ] și metoda spay-acoperire [ 17 ]. De aceea, nanofire de argint poate fi folosit ca înlocuitor al OIT în viitor. În scopul de a reduce în continuare Rs de film de nanofire de argint, Bergin și colab. [ 18 ] au studiat efectele lungimea și diametrul nanofire de argint pe proprietățile lor. nanofire mai poate avea ca rezultat R mai mici datorita numarului redus de conexiuni între nanofire. Prin urmare, prepararea nanofire ultralong este o problemă urgentă. Pe lângă creșterea lungimii nanofire pentru îmbunătățirea proprietăților sale, Hu și colab. aplicată metoda de presare mecanică pentru a reduce rezistența la intersecții, ceea ce poate face conexiunea de nanofire de argint mai aproape care au favorizat creșterea conductivității [ 19 ]. De asemenea, au descoperit că acoperirea de aur pe film este un mod eficient, ceea ce poate face suprafata de nanofire de argint neted care duce la scăderea rezistenței de joncțiune. Zhu și colab. [ 20 ] utilizat un tratament cu plasmă pentru a îndepărta polimerul acoperit pe suprafața nanofire de argint și sudate joncțiunilor, îmbunătățind performanța filmului nanofire de argint. Cu toate acestea, rezistența de contact mare de internanowires este încă o limitare a dezvoltării filmelor nanofire de argint în dispozitive optoelectronice și electronice.

În plus, nanofire de argint pot fi de asemenea folosite ca electrozi de condensator electrochimic. Condensatoare transparente au aplicabilitate potențială de stocare a energiei [ 21 - 23 ]. Sorel și colab. [ 24 ] pregătit condensator transparent , prin imbracarea pulverizare nanofire de argint pe filme polimerice, care a demonstrat proprietăți condensator cu 1,1 uF / cm2. Cu toate acestea, în comparație cu alți electrozi de condensator, capacitatea specifică a fost mult mai mic. Pan și colab. [ 25 ] a constatat că electrod AgO nanostructurate arătat proprietăți electrochimice excelente și nanofire de argint poate fi oxidat la Ag 2 O formând Ag / Ag 2 O nanostructuri core-shell în timpul procesului electrochimic [ 26 ]; De aceea, nanofire de argint este un candidat promițător de condensator electrochimice.

În această lucrare, am preparat nanofire lung de argint printr-o metodă simplă raportată în lucrarea noastră anterioară. Pe baza acestei, film transparent conductor (G-peliculă) și electrod de condensator electrochimice (I-peliculă) au fost fabricate prin acoperirea nanofire de argint pe sticla sau OIT, respectiv, precum și caracteristicile lor au fost investigate. a fost discutată relația dintre factorul de transmisie și Rs G-film. Conductivitatea G-peliculă a fost îmbunătățită prin creșterea temperaturii de sinterizare. Prin voltametrie ciclică și încărcare galvanostatic / experimente cu descărcare, proprietățile condensator de I-film au fost studiate, ceea ce indică faptul că nanofire de argint are capacitate electrochimică ridicată și stabilă, care poate fi folosit ca material de electrod de pseudocapacitance electrochimice.

2. Experimental

Azotat de argint (AgNO3 + 99%), clorură de sodiu (NaCl), etilen glicol (EG), acid sulfuric (H 2 SO 4), și peroxid de hidrogen (H 2 O 2) concentrate au fost toate achiziționate de la Nanjing Chemical Co reactiv , Ltd. polivinilpirolidona (PVP, K88) a fost achiziționat de la Aladdin. oxid de staniu indiu (OIT) a fost achiziționat de la Nanjing Chemical Reagent Co, Ltd.



Morfologii și Energie Dispersive SpectrometruluiBREAKde (EDS) de nanofire de argint au fost măsurate prin microscop electronic de scanare (SEM) (SIRION, Statele Unite ale Americii). Rs de film de nanofire de argint a fost măsurată prin tehnica de patru sondă cu o sursă de metru Keithley 2701. UV-vis spectrele au fost înregistrate cu un spectrometru de fibră optică (PG2000, Ideaoptics Technology Ltd., Shanghai, China). proprietatea capacitate electrochimică a electrodului nanofire de argint este investigată prin voltametrie ciclică (CV) și încărcare galvanostatic / măsurători cu descărcare folosind o stație de lucru electrochimice (CHI 760D, CH Instruments Co, Ltd.).

2.1. Prepararea de argint Nanofirelor

Nanofire de argint a fost preparat prin metoda raportată în lucrarea noastră anterioară [ 27 ]. În fiecare sinteză, s - au adăugat într -o soluție de 18,4 ml EG PVP (0,286 M) l ml soluție de AgNO3 EG (0,9 M) și 0,6 ml soluție de NaCl EG (0,01 M). Apoi amestecul a fost refluxat la 185 ° C timp de 20 min. După procedeele de mai sus, excesul de PVP și EG au fost îndepărtate prin adăugare centrifugarea apă deionizată la 14000 rpm timp de 10 minute, de 3 ori.

2.2. Procedura de Filme de argint pe sticla si OIT

Substraturile de sticlă și OIT au fost tratate prin soluția amestec de peroxid concentrată de acid sulfuric și acid sub ultrasonare timp de 30 de minute, ceea ce le poate face hidrofilă. În acest caz, filmul uniform poate fi obținut. nanofire de argint au fost acoperite pe sticla sau substrat OIT cu tratament, folosind tija Meyer, apoi încălzit la 150 ° C timp de 20 min. Filmul a obținut pe substrat de sticlă a fost numit G-film. Probele de la 1 la 5 sunt G-pelicule fabricate cu 2 mM, 1,75 mM, 1,5 mM, 1 mM și 0,5 mM de soluție de nanofire de argint, respectiv. Filmul obținut pe OIT a fost numit I-film. Cele două tipuri de filme au proprietăți diferite, din cauza diferitelor substraturi.

3. Rezultate și discuții

3.1. Morfologia de argint nanofire Film

Așa cum se arată în figura 1 , uniformă de film nanofire de argint a fost preparat folosind tija Meyer. Lungimea mai nanofire de argint este mai mare de 5 μ m, care este suficient de lung pentru a fi conectat într - o rețea. Detaliul din figura 1 este coloizilor nanofire de argint. Culoarea coloizilor de argint este alb - gălbuie, asemănătoare cu înaltă puritate coloizii nanofire de argint obținute după filtrare în flux transversal [ 28 ]. Prepararea de randament ridicat și nanofire lung de argint a fost studiat de mai multe grupuri; Cu toate acestea, aceste procese de reacție sunt de obicei complexe sau dificil de controlat [ 29 , 30 ]. Fără un control fin al concentrațiilor de reactant și procesul de creștere, nanofire de argint obținute sunt întotdeauna cu randament scăzut însoțite de cantități mari de produse secundare, cum ar fi nanocubes sau nanosfere în creștere din semințe de izotrope, care influențează proprietățile filmelor nanofire de argint.

3.2. Film transparent Efectuarea

factorul de transmisie optică pe o gamă largă de lungimi de undă este o proprietate importantă pentru un film transparent și conductoare. Figura 2 prezintă transmitanțele ale G-filme cu grosimi diferite, care au fost fabricate pe substraturi de sticlă cu diferite concentrații de nanofire de argint. Factorul de transmisie a eșantionului 1 este de 13%, ceea ce este foarte scăzută. Atunci când concentrația a scăzut de la 2 mM la 0,5 mM, transmitanța probelor a arătat o tendință de creștere ajungând la 31%, 58%, 62% și 65%, respectiv. În plus, se poate observa în figura 2 că transmitanțele de G-filme menține stabil în infraroșu apropiat regiuni, ceea ce este important pentru celulele solare. Cu toate acestea, factorul de transmisie a OIT a scăzut de la 1100 nm s-a descris la vârf de rezonanță plasmonului la 1300 nm [ 19 ]. Conductivitatea G-filmelor este afectată și de grosimea filmului. Așa cum se arată în figura 2 , cu creșterea grosimii, Rs G-film picături.

După cum sa menționat în introducere, este o mare problemă pentru a reduce rezistența de joncțiune a filmului nanofire de argint. Am constatat că creșterea temperaturii de sinterizare este o modalitate facilă și eficientă pentru a îmbunătăți conductivitatea filmului nanofire de argint. Așa cum se arată în tabelul 1 , atunci când temperatura de sinterizare a fost de 150 ° C, Rs de proba 4 a fost / sq. Creșterea temperaturii de sinterizare la 200 ° C, Rs scăzut la / sq. Deoarece PVP acoperit pe suprafața de nanofire de argint a fost descompus parțial la 200 ° C, suprafețele nanofire de argint se pot conecta împreună ceea ce duce la o conductivitate mai mare [ 31 ]. În plus, la 200 ° C , unele nanofire de argint pot fi sudate împreună. Când temperatura de sinterizare a fost de 250 ° C, PVP a fost aproape îndepărtată și cea mai mare parte a joncțiunilor dintre nanofire de argint s - au topit rezultând Rs mai mici cu / mp, care poate fi văzut în Figura 3 (a) . Când temperatura de sinterizare a fost de 300 ° C, deși unele dintre nanofire de argint au fost rupte, filmul era încă o rețea conductoare cu Rs inferioare ( / mp) , prezentat în figura 3 (b) . Cu toate acestea, atunci când eșantionul diluant 5 a fost sinterizate la 300 ° C, mulți nanofire de argint s - au rupt conducând la un film neconductiv , care poate fi văzut în figura 3 (d) . La 400 ° C, nanofire de argint din proba 4 au fost aproape rupte (în figura 3 (c) ). În conformitate cu ( 1 ) [ 20 ], putem calcula care poate evalua performanța filmului transparent conductor, cu atât mai mare înseamnă raportul mai mare factor de transmisie Rs. din proba 4 după tratament la 300 ° C a fost de 116,5 care este mai mare decât cea a nanotub de carbon [ 32 , 33 ] și grafen [ 34 ]. Prin urmare, G-filme au potentialul de aplicare pe dispozitive optoelectronice:

3.3. Electrod de electrochimică condensator

Voltametrie ciclică este utilizată pentru a evalua proprietățile electrochimice ale I-film. Toate aceste măsurători electrochimice sunt realizate în 1,0 M KOH cu ajutorul unui sistem cu trei electrozi. Figura 4 au prezentat curbe CV de electrod I-film la o viteză de scanare de la 10 la 100 mV s - 1. Curba de CV de exponate I-peliculă cu siguranta proprietăți diferite de capacitate de capacitate electrică strat dublu, care are curba CV dreptunghiular. Vârf redox Distinct se poate observa din Figura 4 în potențialul aplicat -0.5-0.5 V față de Hg / HgO care rezultă în urma reacției redox dintre Ag și Ag 2 O [ 35 ] descris ca ( 2 ). Capacitatea de I-film la diferite rate de scanare poate fi estimată prin zona cercului închis. Modificări în capacitate la rate diferite de scanare rezultă din faptul că la rate de scanare mici; difuzia ionilor în întregul sistem de reacție este nelimitată care conduce la utilizarea deplină a nanofire de argint ca electrod, în timp ce la rate ridicate de scanare, capacitate execută dublu-strat sau un comportament non-Faradic, astfel încât argintul nu este complet oxidat sau redusă, ducând la scăderea din capacitate [ 36 ]. Rezultatele indică faptul că l-filmul prezintă o performanță excelentă pseudocapacitance electrochimice și bună reversibilitatea în timpul procesului de încărcare / descărcare de gestiune:

De obicei, argint experiențele un redox inversat într - o stare alcalină. În prima etapă, Ag este electrochimic oxidat la Ag 2 O prin , Lăsând o moleculă de apă și doi electroni. Într - o direcție contrară , și o moleculă de apă a fost separat în și , Astfel încât Ag 2 O poate fi redusă la Ag prin lăsând . Ca urmare, nanofire de argint au fost transformate în Ag / Ag 2 nanostructuri O core-shell ca Figura 5 (a) a arătat. Pentru a detecta producerea Ag 2 O în timpul procesului, EDS cu o dimensiune mare spot (aproximativ 5 μ m) a fost efectuată. În figura 5 (b) , putem vedea procentele de elemente. Spectrul EDS prezentat ca raportul dintre atomul Ag și O este mai mic de doi. Motivul este că sursele de oxigen sunt de la Ag 2 O și PVP , care este acoperit pe suprafața de nanofire de argint, iar miezul de nanofire de argint este încă element de Ag. Astfel, rezultatul experimentului este în concordanță cu teoria și demonstrează forma de Ag 2 O / Ag core-shell nanostructuri în timpul procesului de încărcare / descărcare de gestiune.

Există o relație liniară între rata de scanare și curentul de răspuns în conformitate cu ( 3 ) [ 37 ], în cazul în care este curentul de descărcare (mA); este capacitatea; este rata de scanare a voltametrie ciclic. Zona închisă a curbei voltametrie ciclica poate fi utilizată pentru a estima capacitatea electrochimic. Capacitatea specifică se calculează utilizând ( 4 ), unde este zona de material activ (cm2):

Experimentele pe galvanostatic de încărcare / descărcare se desfășoară într - o fereastră potențial -0.5-.5 V pentru a studia capacitatea specifică de I-film. Figura 6 prezintă galvanostatic curbele de încărcare / descărcare de I-film la o densitate de curent 0.5-6 mA cm -2. După cum Tabelul 2 a arătat, capacitatea specifică de I-film a crescut 42.2 - 41.76 mF / cm2 , atunci când densitatea de curent a crescut 0.5-3.0 mA / cm2, ceea ce reprezintă doar 1% degradare. Cu toate acestea, capacitatea specifică de I-film a scăzut brusc până la 27 mF / cm2 sub 6,0 mA / cm2. Motivul este faptul că rezultatele de densitate de curent mai mari în timp mai scurt de redox între Ag / Ag 2 O, astfel încât ionii au suficient timp pentru a nu difuza din electrolit și interfazei [ 26 ]. În plus, suprafața de nanofire este acoperită de PVP, care au , de asemenea , efect asupra ratei de încărcare / descărcare de gestiune [ 38 ]. Figura 7 prezintă faptul că păstrarea capacitate de I-film la o densitate de curent de 6 mA / cm2 poate atinge 94,2% din valoarea inițială după 100 de cicluri. Ca urmare, electrodul I-pelicula are o bună stabilitate în timpul ciclurilor continue.

4. Concluzii

G-film și I-film au fost fabricate prin acoperirea nanofire de argint pe sticla si OIT, respectiv. Transmitanța G-film a crescut odată cu scăderea grosimii G-peliculă, iar conductivitatea poate fi îmbunătățită prin creșterea temperaturii de sinterizare atribuită prin eliminarea de PVP și sudură intersecțiilor de nanofire de argint. Rezultatele au aratat ca G-film a avut raport mai mare de transmitanță Rs decât cea a nanotub de carbon și grafen, care este un înlocuitor promițătoare de OIT aplicate în zonele optoelectronică. In plus, curbele CV-ul I-film sub diferite rate de scanare a avut vârfuri redox evidente care indică performanțele sale bune de pseudocapacitance electrochimice și bune reversibilitatea în timpul procesului de încărcare / descărcare de gestiune. Prin experimentele de încărcare / descărcare galvanostatic, se poate observa că capacitatea specifică de I-film depinde de densitatea curentului și I-film prezintă o stabilitate electrochimică ridicată. La o densitate de curent joasă, dezintegrarea capacitate specifice pot fi ignorate în timp ce, la o densitate de curent mare, capacitate specifică cariat dramatic din cauza timpului scurt pentru difuzarea ionilor. Prin urmare, nanofire de argint au mari aplicații potențiale în dispozitive optoelectronice.

Conflict de interese

Autorii declara ca nu exista nici un conflict de interese în ceea ce privește publicarea lucrării de față.

recunoasteri

Această lucrare este susținută de CFSN sub Grant nr. 61307066, Fondul de doctorat al Ministerului Educației din China, granturile nr. 20110092110016 si 20130092120024, Science Foundation Naturale din provincia Jiangsu sub Grant nr. BK20130630, Programul Național de Cercetare de baza din China (973 Program) sub Grant nr. 2011CB302004 și Fundația de cheie Laboratorul de instrument Micro-inerțial și tehnologie avansată de navigare, Ministerul Educației, China, sub Grant nr. 201204.



Acasă | despre noi | Produse | Stiri | Expozitie | Contactati-ne | Feedback-ul | Telefon mobil | XML | Main filme

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

Nanhai Guangdong ETEB Technology Co, Ltd