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npj Electrical Electronics volume 6, numero articolo: 48 (2022) Citare questo articolo

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Per realizzare componenti elettronici trasparenti flessibili ad alte prestazioni con estrema adattabilità ambientale, gli elettrodi di nanofili Ag (Ag NW) dovrebbero soddisfare contemporaneamente i requisiti di tolleranza alle alte temperature e robustezza chimica e meccanica. Qui, viene riportato un fascio scalabile di micro-reti di Ag NW incorporati in una pellicola conduttiva di poliimmide (Ag BMs/ePI) tramite un facile rivestimento a spruzzo e un metodo di trasferimento. Grazie all'effetto sinergico della microrete a fascio e dell'architettura incorporata, l'elettrodo Ag BMs/ePI mostra un'elevata stabilità termica (370 °C e 400 °C in condizioni ambientali e di atmosfera di azoto, rispettivamente), una bassa variazione della resistenza del foglio (<4%), buona resistenza alla corrosione e alla deformazione. Come riscaldatore elettrico, l'Ag BMs/ePI può raggiungere ~204 °C con un tempo di risposta termica rapido di ~8 s a 8 V e mostra una buona stabilità al riscaldamento in condizioni piegate. Questo lavoro offre una piattaforma promettente per l'elettronica emergente flessibile e trasparente per adattarsi ad ambienti estremi, in particolare per quei dispositivi che richiedono elaborazione ad alta temperatura.

Conduttori flessibili trasparenti pervadono numerose tecnologie moderne di dispositivi optoelettronici1,2,3,4 e, grazie alle proprietà elettriche, ottiche e meccaniche desiderabili, vengono esplorati elettrodi flessibili di nanofili metallici trasparenti (ad esempio Cu NW, Ag NW, Au NW) per molte applicazioni diverse, come elettronica interattiva, riscaldatori, celle solari, dispositivi elettrocromici e così via5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15. Come alternativa economica all'elettrodo Ag NW, i Cu NW hanno quasi la stessa conduttività degli Ag NW, che hanno suscitato grande preoccupazione con il vantaggio di essere notevolmente più economici dell'Ag12,13,15. Tuttavia, la sensibilità all'acqua e all'ossigeno rappresenta attualmente l'ostacolo principale per la conduttività stabile dei NW di Cu in varie applicazioni11. L’elettrodo inerte Au NWs è ostacolato dal prezzo esorbitante dell’Au. Considerando la situazione complessiva, gli Ag NW diventano il materiale più potenziale nell'elettrodo flessibile trasparente. Nelle applicazioni reali, gli elettrodi Ag NW solitamente soffrono di vari ambienti estremi, come alta temperatura, erosione chimica e deformazione meccanica. Di cui, la stabilità termica dell'elettrodo Ag NW è una delle prestazioni fortemente desiderate per la tipica fabbricazione di dispositivi optoelettronici con processo di ricottura ad alta temperatura16,17,18,19 e, cosa più importante, questi elettrodi vengono spesso riscaldati a causa del riscaldamento Joule20. Tuttavia, a causa dello svantaggio intrinseco dell'instabilità di Rayleigh attivata termicamente, la diffusione superficiale degli atomi di Ag negli Ag NW comporterebbe sferoidizzazione e reti discontinue, il che rende una durata ridotta tale da limitare la capacità del conduttore di Ag NW per potenziali applicazioni21,22,23 ,24.

Per affrontare il problema della stabilità termica degli elettrodi Ag NW per le loro ampie applicazioni, sono stati compiuti sforzi per sviluppare tecnologie di passivazione superficiale utilizzando materiali organici, inorganici o a base di carbonio. Ad esempio, l'elettrodo Ag NWs incorporato in un composito rinforzato con tessuto di vetro può resistere alla temperatura di ~250 °C per 2 h25. Il grafene può dissipare l'energia termica e fornire protezione dall'umidità per salvaguardare l'elettrodo Ag NW, che è stato in grado di mantenere la stabilità a 300 °C26. Inoltre, per l'incapsulamento di Ag NW sono stati proposti anche strati di copertura inorganici (ad esempio ZnO, TiO2) con un'elevata temperatura di fusione6,27, dove il film conduttivo può resistere al trattamento termico a ~300 °C con poche variazioni nella resistenza del foglio. Tuttavia, questi processi di preparazione sono complicati e costosi per migliorare la stabilità termica dei film conduttori di Ag NW. Inoltre, da un punto di vista tecnico, l'elettrodo flessibile trasparente Ag NWs ad alte prestazioni dovrebbe soddisfare contemporaneamente anche altri requisiti chiave, come resistenza uniforme del foglio (Rs), robustezza meccanica e durata elettrica in ambienti difficili, topografia superficiale liscia (~ sono preferiti alcuni nanometri) e una forte adesione al substrato. Tuttavia, una soluzione che risolva simultaneamente i problemi sopra menzionati con i conduttori Ag NW non è emersa e rappresenta una sfida urgente. D'altra parte, gli elettrodi di rete basati su nanofili metallici soffrono sempre della grande resistenza di giunzione tra i nanofili22,28. Pertanto, varie tecniche come la normale ricottura termica23,29, la nanosaldatura laser30, la saldatura con lampada flash31, il trattamento chimico32, la saldatura meccanica33 e la ricottura elettrica21,34 sono sempre necessarie per migliorare la nanosaldatura dei nanofili metallici per ridurre la resistenza di giunzione, dove questi i processi possono aumentare i costi di produzione o essere complicati. Questi problemi motivano la ricerca di strategie per preparare facilmente l'elettrodo Ag NWs flessibile e trasparente ad alte prestazioni.