【3D打印展】导电银-纳米线光敏聚合物复合材料：3D打印可实现更高的功能

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       近日，研究人员发表的《导电银-纳米线光敏聚合物复合材料的功能打印》中概述了他们的发现，研究人员解释说，聚合物在3D打印中的使用及其存在的固有挑战已经造成了很大的局限性，他们对银-纳米线-聚合物复合材料进行了实验，并指出导电层对于特定的制造需求（例如电子应用）至关重要。然而，复合材料必须具有很强的抗隧穿性（因为电子从一个纳米颗粒转移到另一个纳米颗粒），并且由于结块和强光子吸收等问题，以前的研究人员一直在努力创造出具有合适电导率的材料。对于纳米线，可以采用另一条途径，因为它“绕过了导线方向的隧穿电阻”。
银纳米线（Ag-NW）复合材料提供了要求导电性的“可缩放工艺”，包括：

       1.电子产品

       2.触摸屏

       3.集成光伏

       4.先进的光电设备

       5.生物传感器

       样品涂有Ag-NW层，用UV光固化，然后通过多元醇路线合成。结果是纳米线展现出高纵横比-在这种情况下为100-1000。树脂在固化时趋于压缩，在聚合过程中，基体的收缩压在纳米线上。缺乏密度还导致纳米线连接和网络的灵敏度更高。

       坚韧的Ag-NW-聚合物复合材料的表征和2D打印。

       （a）通过比较三种不同的Ag-NW密度（26 μg / cm2）的Ag-NW网络（黑点）和Ag-NW复合物（红色点）的薄层电阻，聚合物交联对Ag-NW复合物导电性的影响，39 μg / cm2和65 μg / cm2）。在高Ag-NW密度下，可以提高所测薄层电阻的可重复性，但可以减少聚合物涂层对电导率的影响。

       （b）通过Ag-NW和Ag-NW复合材料传输可见光到近红外光。实线表示纯聚合物或Ag-NW薄膜，而虚线表示Ag-NW复合材料。对于归一化为裸玻璃基板的600nm至800nm之间的所有复合材料，透射率均大于87％。与裸玻璃载玻片相比，聚合物涂层减少了玻璃界面处的散射和反射，从而提高了透射率。

       （c）生产的聚合物样品的示例性层厚度和粗糙度：纯聚合物层，Ag-NW（7μg/ cm 2）复合材料和聚合物-Ag-NW（22μg/ cm 2）-聚合物多层样品。请注意，20-300 μm之间的层厚度代表功能性打印中的典型厚度。厚度与表面粗糙度之比> 1000：1。

       （d）空白太阳能电池（单晶60010，Sol-Expert）的照片和光学显微镜图像。用Ulbricht球曝光期间测得的光电流I为650 μA。（e–g）涂层太阳能电池的照片，光学显微镜图像和测得的光电流（（e）Ag-NWs，（f）聚合物，（g）复合材料）。

       在增加纳米线浓度的过程中，降低了透射率，并在相当低的纳米线浓度下优化了电导率，这表明聚合物基质与Ag-NW网络之间存在“微妙的相互作用”。研究人员还发现，值得注意的是，Ag-NW复合材料的表面粗糙度在110-160nm之间，这归因于聚合物的粗糙度。

       研究人员说：“这些结果表明，复合的Ag-NW聚合物材料可以作为导电和透光电极的竞争材料。”

       样本中的二维（2D）GISAXS模式。（a）Ag-NWs（58 μg / cm2）。（b）涂有紫外线固化聚合物层的Ag-NWs（7μg / cm2）。（c）裸露的紫外线固化聚合物。强度刻度栏显示在右侧。从（a，b）可以看出，从五角形形态的各个方面出发，从样本水平开始的清晰的票价为36°±2°（用红线表示）。（d）模拟Ag-NWs的关键散射特征。（e）硅衬底上的Ag-NW的SEM图像（Ag-NW密度约为120 μg / cm2）。（f）多面Ag-NW的草图（改编自44,45）。（g）强度的水平切割（I（qy，qz1 = 0.63nm-1）），（h）I（qy，qz2 = 0.78nm-1），（i）I（qy，qz3 = 0.96nm-1） ）。相应地，将所有切口均归一化为I（0，qz1,2,3）处的强度。颜色代码对应于（a–c）。

       在合成的初始阶段，在SEM评估中也证实了五重孪晶种子的形成，具有五边形结构和Ag-NW的孪晶顶部（尽管不适用于该材料）。研究人员通过专用软件模拟了GISAXS模式的关键特征，从而建立了五角形形态。

       对于3D打印，研究团队通过Formlabs制造了由Ag-NW和柔性光敏聚合物组成的电容器。他们不仅能够展示3D打印电子产品的潜力，而且还可以证明复合材料在提高功能性方面的作用。

       柔性Ag-NW复合电容器。

       （a）电容器截面图。

       （b）制作的Ag-NW电容器（10×10 mm2 ）的照片。白虚线表示横截面的位置，在（a）中显示。

       （c）弯曲在玻璃棒上的电容器的照片，以显示其柔韧性。

       （d）具有Ag-NW的剥离的电容器的下部的截面图。

       “通过应用两种不同的聚合物，我们制造出了具有不同性能的复合材料，并针对两种特定应用进行了测试。首先，我们通过调整坚韧透明的基于HDDA的聚合物基质中的Ag-NW浓度，优化了Ag-NW复合材料以用作透明顶部触点。研究人员总结说：“我们已经实现了13Ω/ sq的薄层电阻和700nm的90％的相应透射率。” “其次，我们在复合材料中使用了柔性聚合物基体，用于3D打印的柔性电容器。

       “大约7pF的容量与大约5pF的估计值非常吻合。我们的表征涉及GISAXS，它可以研究具有高度统计相关性的嵌入式纳米结构和界面。Tis表明，GISAXS可以进一步发展为一种出色的技术，用于研究3D打印和技术相关的薄膜中的嵌入式纳米结构。”

       材料科学不断发展，在其中，复合材料已成为许多不同应用程序中提炼功能的重要组成部分。研究人员正在研究各种各样的添加剂，从玻璃纤维到木质素以及其他木质复合材料，而许多不同的材料都具有潜力，例如抗氧化剂。

文章来源：3dprint.com

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