银纳米线/石墨烯复合膜中的协同作用及在柔性有机发光二极管中的应用研究

Silver nanowire (Ag NW) is considered as a most potential alternative to traditional Indium Tin Oxide transparent electrode, because of the combination of superior conductivity, transmittance and flexibility. However, Ag NW is mostly used in touch panels and some thin film solar cells, and its application in organic light-emitting diode (OLED) is rather rare due to its poor roughness and uniformity. In this project, we are going to employ both Ag NW and graphene (or some other materials) as a hybrid structure. The force exerted by the graphene will compress the NW network into a more planar structure. Simultaneously, the graphene films provide more conducting paths among the Ag NWs to improve the conductivity and uniformity. By investigating the relationship between the diameter, length, density of Ag NW, grain size of graphene and the conductivity and the transmittance of the composite film, we will construct a model to study the working mechanism of improving the conductivity, and finally get an optimum receipt and structure. Further, we will compress the composite film into a soft matrix to lower the roughness and applied it to an OLED device, achieving high efficiency, long stability and good flexibility.

银纳米线具有优良的导电性、透光性和可挠曲性，被视为未来柔性显示中最有可能替代传统氧化铟锡透明电极的材料。但是银纳米线目前主要于触摸屏和部分薄膜太阳能电池中，而在有机发光二极管（OLED）中的报道较少，主要是由于粗糙度和均匀性较差。本项目拟将银纳米线与石墨烯等材料复合，利用这些材料导电及平坦的特性，以及与银纳米线间的相互作用，使得银纳米线结合更加紧密，可有效地降低银纳米线的粗糙度，提高可挠曲性，同时给线与线间提供更多的导电通道，提高整体导电性和均匀性。通过研究银纳米线直径、长度、成膜密度、石墨烯片尺寸与复合膜导电率、透光率之间的关系，建立模型，分析两者之间的协同作用及导电率提高的机理，从而获得优化的配方和结构。在此基础上，将复合电极通过低温热压等方式嵌入软性基底中，解决粗糙度大的问题，最终应用于OLED器件中，获得效率高、稳定性好、可挠曲性优良的柔性OLED。

我们探讨了金属纳米线合成过程中影响纳米线的形貌与尺寸的各种因素；通过优化纳米线的尺寸及成膜方案，避免了由于金属纳米线团聚及成膜性不佳导致的薄膜均匀性差、表面粗糙度大、性能不稳定等问题。.针对银纳米线透明导电薄膜目前存在的诸多缺陷，我们在银纳米线与基板之间插入成膜性佳且质地柔软的聚合物材料，并采用在薄膜表面施加机械压力的方式，将银纳米线焊接为一个整体，并部分嵌入到聚合物层中，使得薄膜的导电性大为提升的同时，明显改善薄膜的表面粗糙度，以及与基板的粘附性。为了解决压力处理在银纳米线表面造成的微细裂纹，我们提出了采用在氯化钙溶液中处理薄膜的方式，利用溶液中的氯离子打开金属纳米线表面的封端剂，促使Ostward熟化作用进行从而实现裂纹的修复。此外，针对传统转移法所得银纳米线薄膜普遍存在的线间接触不佳、薄膜导电性差的问题，利用银纳米线与基板材料表面浸润性的巨大差异，提出采用银氨溶液对银纳米线网络进行选择性焊接的方案，大幅提升了转移法所得银纳米线透明导电薄膜的综合性能。.最后，为了降低金属纳米线薄膜的制备成本，我们还开展了用铜来取代银的研究。铜纳米线性质活泼，在空气环境下极易氧化。我们将成膜之后的铜纳米线在空气中进行还原处理，再用稳定性极佳的聚合物作为保护层，有效增强了铜纳米线的抗老化性能。本方案解决了传统铜纳米线薄膜稳定性差、制备流程复杂等诸多弊端，最终所得铜纳米线具有优异的导电性、透光率，并在抗水氧方面有突出表现。.本项目所研究的金属纳米线复合薄膜除具有优异的光电性能及抗老化性能之外，其表面粗糙度低，在对于薄膜表面性能要求极为严苛的薄膜光电器件OLED当中有相当卓越的表现，极具潜能作为透明电极材料应用在未来的柔性光电产品当中。