第一篇：評(píng)析納米銀線與金屬網(wǎng)格材料技術(shù)之優(yōu)劣

評(píng)析納米銀線與金屬網(wǎng)格材料技術(shù)之優(yōu)劣

作者： 段曉輝教授 時(shí)間：2014-05-07 源于：北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 總點(diǎn)擊：2756 【導(dǎo)讀】：新材料技術(shù)應(yīng)用可以從智能手機(jī)的常用面板尺寸一路延伸到20英寸以上的設(shè)備，而其阻值，延伸性，彎曲性均優(yōu)于ITO薄膜。新材料技術(shù)在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法全面取代ITO薄膜，但新材料技術(shù)有巨大的優(yōu)勢(shì)，而且從市場(chǎng)反應(yīng)上來(lái)看，應(yīng)用新材料技術(shù)生產(chǎn)的薄膜產(chǎn)品所占的比重在逐年提高。

ITO，即摻錫氧化銦（Indium Tin Oxide）。它是液晶顯示器（LCD）、等離子顯示器（PDP）、電致發(fā)光顯示器（EL/OLED）、觸摸屏（Touch Panel）、太陽(yáng)能電池以及其他電子儀表的透明電極最常用的薄膜材料。

未來(lái)移動(dòng)終端、可穿戴設(shè)備、智能家電等產(chǎn)品，對(duì)觸摸面板的有著強(qiáng)勁需求，同時(shí)隨著觸控面板大尺寸化、低價(jià)化，以及傳統(tǒng)ITO薄膜不能用于可彎曲應(yīng)用，導(dǎo)電性及透光率等本質(zhì)問(wèn)題不易克服等因素，眾面板廠商紛紛開(kāi)始研究ITO的替代品，包括納米銀線、金屬網(wǎng)格、納米碳管以及石墨烯等材料。

新材料技術(shù)應(yīng)用可以從智能手機(jī)的常用面板尺寸一路延伸到20英寸以上的設(shè)備，而且其阻值，延伸性，彎曲性均優(yōu)于ITO薄膜。雖然，新材料技術(shù)在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法全面取代ITO薄膜，但是新材料技術(shù)有著巨大的優(yōu)勢(shì)，而且從市場(chǎng)反應(yīng)上來(lái)看，應(yīng)用新材料技術(shù)生產(chǎn)的薄膜產(chǎn)品所占的比重在逐年提高。目前，石墨烯扔處于研發(fā)階段，距離量產(chǎn)還有很遠(yuǎn)的距離。納米碳管工業(yè)化量產(chǎn)技術(shù)尚未完善，其制成的薄膜產(chǎn)品導(dǎo)電性還不能達(dá)到普通ITO薄膜的水平。因而，從技術(shù)發(fā)展與市場(chǎng)應(yīng)用綜合評(píng)價(jià)，金屬網(wǎng)格與納米銀線技術(shù)將是近期新興觸控技術(shù)的兩大主角。

金屬網(wǎng)格（Metal Mesh）技術(shù)利用銀，銅等金屬材料或者氧化物等易于得到且價(jià)格低廉的原料，在PET等塑膠薄膜上壓制所形成的導(dǎo)電金屬網(wǎng)格圖案。其理論的最低電阻值可達(dá)到0.1歐姆/平方英寸，而且就有良好的電磁干擾屏蔽效果。但是受限于印刷制作的工藝水平，其所制得的觸控感測(cè)器圖樣的金屬線寬較粗，通常大于5um，這樣會(huì)導(dǎo)致在高像素下（通常大于200ppi）莫瑞干涉波紋非常明顯。莫瑞干涉指數(shù)碼產(chǎn)品顯示屏中像素，光學(xué)膜片以及觸控導(dǎo)電的金屬圖案，在水平和垂直方向上，規(guī)則對(duì)齊的像素和物體的精細(xì)規(guī)則圖案重疊式稍有偏差，則會(huì)出現(xiàn)的干擾波紋圖案。由于莫瑞干涉的存在，金屬網(wǎng)格技術(shù)制成的薄膜產(chǎn)品不適用在高分辨率智能手機(jī)，平板電腦等高分辨率的產(chǎn)品上，僅僅適用于觀測(cè)距離較遠(yuǎn)的顯示器屏幕，例如臺(tái)式一體機(jī)器，筆記本電腦，智能電視等。

如果薄膜中金屬網(wǎng)格圖樣的線寬能夠大幅度下降，則能有效的降低金屬網(wǎng)格技術(shù)中的莫瑞干涉的問(wèn)題，特別是如果金屬網(wǎng)格圖樣的線寬下降到1um左右，則該技術(shù)制成的薄膜同樣可以搭載在高分辨率的智能設(shè)備上。目前韓國(guó)三星公司利用微細(xì)線寬和圖樣化（Patterning）技術(shù)，將金屬網(wǎng)格圖樣的線寬由原來(lái)的5um~6um，縮減到3um左右。然而，欲將線寬大幅縮減并非易事，傳統(tǒng)的壓制印刷工藝無(wú)法滿足要求，需要采用黃光制程工藝，制作成本會(huì)大幅增加，而且會(huì)浪費(fèi)原材料；過(guò)細(xì)的金屬線寬易在外力擠壓時(shí)斷裂；網(wǎng)格的阻值升高，對(duì)下游的控制IC芯片提出更高的靈敏度要求。因此，目前金屬網(wǎng)格技術(shù)如何在降低成本的同時(shí)，滿足多場(chǎng)景的下游應(yīng)用是一個(gè)難點(diǎn)，還需整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)一步發(fā)展完善才行。

納米銀線（SNW，silvernano wire）技術(shù)，是將納米銀線墨水材料涂抹在塑膠或者玻璃基板上，然后利用鐳射光刻技術(shù)，刻畫(huà)制成具有納米級(jí)別銀線導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)圖案的透明的導(dǎo)電薄膜。由于其特殊的制成物理機(jī)制，納米銀線的線寬的直徑非常小，約為50nm，遠(yuǎn)小于1um，因而不存在莫瑞干涉的問(wèn)題，可以應(yīng)用在各種尺寸的顯示屏幕上。另外，由于線寬較小，銀線技術(shù)制成的導(dǎo)電薄膜相比于金屬網(wǎng)格技術(shù)制成的薄膜可以達(dá)到更高的透光率，例如3M公司采用微印壓法制成的薄膜產(chǎn)品可以達(dá)到89%透光率。再次，納米銀線薄膜相比于金屬網(wǎng)格薄膜具有較小的彎曲半徑，且在彎曲時(shí)電阻變化率較小，應(yīng)用在具有曲面顯示的設(shè)備，例如智能手表，手環(huán)等上的時(shí)候，更具有優(yōu)勢(shì)。

在薄膜上，金屬網(wǎng)格中可以反射可見(jiàn)光的金屬線總體面積不大；而納米銀線并非是網(wǎng)格狀而是呈現(xiàn)不規(guī)則的分布，沾滿整個(gè)玻璃基板表面。相比較而言，納米銀線薄膜會(huì)有更嚴(yán)重的漫反射，既霧度（Haze）問(wèn)題。屏幕的霧度問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致在室外場(chǎng)景光線照射的情況下，屏幕反射光強(qiáng)烈，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)使得用戶看不清屏幕。但是可以采用一些技術(shù)手段降低光漫射，解決霧度問(wèn)題。例如日產(chǎn)化工公司開(kāi)發(fā)出了在納米銀線薄膜上涂布可降低霧度的高折射率材料，有效將霧度值降低。另外，黑化納米銀線表面、減少反光強(qiáng)度、粗糙化納米銀線的表面等技術(shù)，也可以有效改善霧度的問(wèn)題。

金屬網(wǎng)格技術(shù)因?yàn)椴捎闷胀ǖ你y，銅等金屬材料或者氧化物等作為原始材料采用傳統(tǒng)的印壓法制作薄膜面板，其原材料和制作成本都很低，但是這樣的產(chǎn)品卻有不可克服的莫瑞干涉問(wèn)題，應(yīng)用受到限制。如果要降低金屬網(wǎng)格中金屬的線寬，需要更改制成工藝，成本會(huì)隨之增加，而且會(huì)有易斷線等問(wèn)題。相比較金屬網(wǎng)格技術(shù)，納米銀線技術(shù)采用的是成型的納米銀線墨水材料，這些納米銀線供應(yīng)材料掌握在少數(shù)例如Cambrios Technologies公司手上，原材料的成本較高一些，但是制成工藝簡(jiǎn)單，采用印刷制程快速生產(chǎn)大面積的觸控面板，整體的成本并不高，隨著大規(guī)模的生產(chǎn)，成本會(huì)進(jìn)一步的降低。

因此，綜合比較，納米銀線技術(shù)比金屬網(wǎng)格技術(shù)更有優(yōu)勢(shì)。就目前市場(chǎng)而言，也已經(jīng)分化出兩大技術(shù)陣營(yíng)。其中納米銀線陣營(yíng)中，臺(tái)灣面板供應(yīng)商TPK公司是主打納米銀線技術(shù)的廠商，并且結(jié)合上游的納米銀線材料供應(yīng)商Cambrios Technologies公司，以及生產(chǎn)工藝公司日本寫(xiě)真成立一家子公司，專注于拓展納米銀線技術(shù)的研發(fā)，應(yīng)用和制造。TPK公司預(yù)計(jì)在2014第二季度實(shí)現(xiàn)納米銀線薄膜的量產(chǎn)出貨。

金屬網(wǎng)格技術(shù)陣營(yíng)則加入的公司較多，例如蘇大維格和歐菲光，韓國(guó)三星等都由參與研發(fā)和制造。但是相比較于金屬網(wǎng)格陣營(yíng)，納米銀線陣營(yíng)的各個(gè)公司都在也內(nèi)屬于龍頭企業(yè)，業(yè)務(wù)專業(yè)能力強(qiáng)，上中下游產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)合緊密。

此外，據(jù)媒體報(bào)道，蘋(píng)果（Apple）公司吸引大家關(guān)注的明星產(chǎn)品iWatch將采用TPK公司的納米銀線薄膜技術(shù)，證明了納米銀線產(chǎn)品確實(shí)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和產(chǎn)業(yè)鏈的穩(wěn)定性。

第二篇：石墨烯納米銀線金屬網(wǎng)格對(duì)比分析

石墨烯/納米銀線/金屬網(wǎng)格對(duì)比分析

OFweek顯示網(wǎng)訊：從觸摸屏產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)講，玻璃基板、Petfilm、膠材是產(chǎn)業(yè)上游的主要材料，而玻璃基板、Petfilm的供應(yīng)被美日企業(yè)所壟斷。ITO玻璃、ITOfilm、sensor（包含觸控IC）、coverlens是中游部分，下游的就是觸控模組一塊。從近幾年的觸控材料研發(fā)上看，替代性材料的研發(fā)主要在上中游部分。

2013年，國(guó)內(nèi)電容屏出貨面積超過(guò)400萬(wàn)平方米，其中ITO導(dǎo)電玻璃需求量超過(guò)360萬(wàn)平方米，ITO PET導(dǎo)電膜需求量超過(guò)140萬(wàn)平方米。從觸摸屏產(chǎn)業(yè)上游材料的成本分析，ITO材料占據(jù)40%左右。且隨著觸摸屏行業(yè)的發(fā)展，對(duì)ITO材料的需求將越來(lái)越大，作為稀有金屬的銦，不但價(jià)格隨之不斷上漲，而且將會(huì)有告罄的危險(xiǎn)，所以在此進(jìn)行分析的烽煙四起的觸控材料，主要為替代ITO的石墨烯、Metal Mesh和納米銀。

東莞市鑫聚光電科技有限公司董事長(zhǎng)蔡文珍表示，三種材料中，納米銀線是唯一一個(gè)具有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用前景的。理論上，石墨烯的透光度及電阻性能都占優(yōu)勢(shì)，但是由于其制備過(guò)程工藝復(fù)雜，在設(shè)備改進(jìn)、工藝優(yōu)化等方面都預(yù)示在前期需要有巨大的投入。相信石墨烯在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都不具備量產(chǎn)的條件。

金屬網(wǎng)格最主要的優(yōu)勢(shì)在于成本低且導(dǎo)電性佳，但為了達(dá)到足透的光穿透率，在線細(xì)化過(guò)程中必須拿掉95%～99%的觸控感應(yīng)面積，導(dǎo)致觸控訊號(hào)降低20～100倍，現(xiàn)今觸控IC難以支持；其二，為了讓眼睛看不到，金屬線寬必須小于5微米，使的其黃光顯影制程或精密印刷技術(shù)費(fèi)用高；此外，5微米金屬線不斷裂、解決金屬反射問(wèn)題、材料氧化等問(wèn)題都讓金屬網(wǎng)格技術(shù)備受考驗(yàn)。在解決以上難題時(shí)，成本也會(huì)隨之增加，屆時(shí)Metal Mesh是否還具備成本優(yōu)勢(shì)是廠商必須考量的問(wèn)題。

相比之下，納米銀線在工藝制程上就擁有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)：生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、良率高。由于線寬較小，銀線技術(shù)制成的導(dǎo)電薄膜相比于金屬網(wǎng)格技術(shù)制成的薄膜可以達(dá)到更高的透光率。再次，納米銀線薄膜相比于金屬網(wǎng)格薄膜具有較小的彎曲半徑，且在彎曲時(shí)電阻變化率較小，應(yīng)用在具有曲面顯示的設(shè)備，例如智能手表，手環(huán)等上的時(shí)候，更具有優(yōu)勢(shì)。銀納米線除具有銀優(yōu)良的導(dǎo)電性之外，由于納米級(jí)別的尺寸效應(yīng)，還具有優(yōu)異的透光性、耐曲撓性。此外由于銀納米線的大長(zhǎng)徑比效應(yīng)，使其在導(dǎo)電膠、導(dǎo)熱膠等方面的應(yīng)用中也具有突出的優(yōu)勢(shì)。以鑫聚光電目前小批量生產(chǎn)的納米銀線產(chǎn)品為例，是利用研發(fā)出來(lái)的液體涂料，經(jīng)過(guò)涂布機(jī)涂在基膜上，然后經(jīng)過(guò)干燥、覆蓋保護(hù)膜，成品的生產(chǎn)就完成了。而且，鑫聚光電擁有完善的LCD用光學(xué)膜產(chǎn)品生產(chǎn)線，納米銀線的部分制程與LCD用光學(xué)膜制程相似，因此，鑫聚產(chǎn)線擁有很大的通用性，大大減少了前期對(duì)于產(chǎn)線的投入，從而降低了產(chǎn)品成本。

第三篇：金屬納米材料制備技術(shù)的研究進(jìn)展

金屬納米材料制備技術(shù)的研究進(jìn)展

摘要：本文從金屬納米材料這一金屬材料重要分支進(jìn)行了簡(jiǎn)要的闡述，其中重點(diǎn)講述了強(qiáng)行塑性變形及膠束法制備納米材料，并分析了金屬納米材料的現(xiàn)狀及對(duì)今后的展望。

關(guān)鍵字：晶粒細(xì)化；強(qiáng)烈塑性變形；膠束法；塊狀納米材料

引言：

金屬材料是指金屬元素為主構(gòu)成的具有金屬特性的材料的統(tǒng)稱。包括金屬、合金、金屬間化合物和特種金屬材料等。人類文明的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步同金屬材料關(guān)系十分密切。繼石器時(shí)代之后出現(xiàn)的銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代，均以金屬材料的應(yīng)用為其時(shí)代的顯著標(biāo)志。

現(xiàn)代，種類繁多的金屬材料已成為人類社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。同時(shí)，人類文明的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步對(duì)金屬材料的服役性能提出了更高的要求，各國(guó)科學(xué)家積極投身于金屬材料領(lǐng)域，向金屬材料的性能極限不斷逼近，充分利用其為人類服務(wù)。

一種嶄新的技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，往往需要新材料的支持。例如，人們?cè)缇椭绹姎馐胶娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)比螺旋槳航空發(fā)動(dòng)機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于沒(méi)有合適的材料能承受噴射出燃?xì)獾母邷兀沁@種理想只能是空中樓閣，直到1942年制成了耐熱合金，才使噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的制造得以實(shí)現(xiàn)。

1金屬納米材料的提出

從目前看，提高金屬材料性能的有效途徑之一是向著金屬結(jié)構(gòu)的極端狀態(tài)發(fā)展:一方面認(rèn)為金屬晶界是薄弱環(huán)節(jié),力求減少甚至消除晶界,因此發(fā)展出了單晶與非晶態(tài)合金;另一方面使多晶體的晶粒細(xì)化到納米級(jí)(一般<100 nm,典型為10 nm左右)[1]。細(xì)化晶粒是金屬材料強(qiáng)韌化的重要手段之一,它可以有效地提高金屬材料的綜合力學(xué)性能,尤其是當(dāng)金屬材料的晶粒尺寸減小到納米尺度時(shí),金屬表現(xiàn)出更加優(yōu)異的力學(xué)性能[2]。因此,金屬材料晶粒超細(xì)化/納米化技術(shù)的發(fā)展備受人們關(guān)注,一系列金屬納米材料的制備技術(shù)相繼提出并進(jìn)行了探索,包括電沉積法、濺射法、非晶晶化法、強(qiáng)烈塑性變形法(Severe Plastic Deformation, SPD)、[3]粉末冶金法以及熱噴涂法等。

金屬納米材料是指三維空間中至少有一維處于納米尺度或由它們作為基本單元構(gòu)成的金屬材料。若按維數(shù)，納米材料的基本單元可分為(類：一是零維。指在空間三維尺度均在納米尺度，如納米粉體、原子團(tuán)簇等；二是一維。指在空間有兩維處于納米尺度，如納米絲、納米棒、納米管等；三是二維。指在三維空間中有一維處于納米尺度，如超薄膜、多層膜及超晶格等。超微顆粒的表面具有很高的活性，在空氣中金屬顆粒會(huì)迅速氧化而燃燒。利用表面活性，金屬超微顆?？赏蔀樾乱淮母咝Т呋瘎┖唾A氣材料以及低熔點(diǎn)材料[4]。金屬納米顆粒表現(xiàn)出許多塊體材料所不具備的優(yōu)越性質(zhì),可用于催化、光催化、燃料電池、化學(xué)傳感、非線性光學(xué)和信息存儲(chǔ)等領(lǐng)域。

以金金屬具體來(lái)說(shuō)，與塊狀金不同，金納米粒子的價(jià)帶和導(dǎo)帶是分開(kāi)的。當(dāng)金粒子尺寸足夠小時(shí)，會(huì)產(chǎn)生量子尺寸效應(yīng)，引起金納米粒子向絕緣體轉(zhuǎn)化，并形成不同能級(jí)間的駐電子波。若其能級(jí)間隔超出一定的范圍并發(fā)生單電子躍遷時(shí)，將表現(xiàn)出特殊的光學(xué)和電子學(xué)特性，這些性質(zhì)在晶體管、光控開(kāi)關(guān)、傳感器方面都有其潛在的應(yīng)用前景。是因?yàn)榻鸺{米粒子的特殊性質(zhì)，使其在生物傳感器、光化學(xué)與電化學(xué)催化、光電子器件等領(lǐng)域有著極其廣闊的應(yīng)用前景。近幾年來(lái)，基于金納米粒子在發(fā)生吸附后其表面等離子共振峰會(huì)發(fā)生紅移這一性質(zhì)，對(duì)擔(dān)載金納米粒子的DNA及糖類分子進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其在免疫、標(biāo)定、示蹤領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景。此外，金納米粒子作為一種新型催化劑在催化氧化反應(yīng)中有著很高的催化活性，而擔(dān)載金納米粒子后，TiO2薄膜的光催化活性極大提高[5]。

2金屬納米材料的制備技術(shù)

如今，金屬納米材料的制備技術(shù)已趨于多樣化發(fā)展，按不同的分類標(biāo)準(zhǔn)具有不同的分類方法。其中基本的可分為物理法，化學(xué)法及其他方法，物理法大致包括粉碎法和構(gòu)筑法，化學(xué)法由氣相反應(yīng)法和液相法。物料的基本粉碎方式是壓碎、剪碎、沖擊粉碎和磨碎。常借助的外力有機(jī)械力、流能力、化學(xué)能、聲能、熱能等。一般的粉碎作用力都是幾種力的組合，如球磨機(jī)和振動(dòng)磨是磨碎和沖擊粉碎的組合；雷蒙磨是壓碎、剪碎和磨碎的組合；氣流磨是沖擊、磨碎與剪碎的組合。構(gòu)筑法是由小極限原子或分子的集合體人工合成超微粒子。

氣相法制備金屬納米微粒，主要有氣相冷凝法、活性氫—熔融金屬反應(yīng)法、濺射法、流動(dòng)液面上真空蒸鍍法、通電加熱蒸發(fā)法、混合等離子法、激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積法、爆炸絲法、化學(xué)氣相凝聚法和燃燒火焰—化學(xué)氣相凝聚法。

液相法制備金屬納米微粒，主要有沉淀法、噴霧法、水熱法、溶劑揮 發(fā)分解法、溶膠—凝膠法、輻射化學(xué)合成法。此外還包括物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、微波等離子體、低壓火焰燃燒、電化學(xué)沉積、溶液的熱分解和沉淀等。

2.1塊體材料制備

金屬納米塊體材料制備加工技術(shù):兩種大塊金屬納米材料的制備方法[6]-[8]。第一種是由小至大，即兩步過(guò)程，先由機(jī)械球磨法、射頻濺射、溶膠—凝膠法、惰性氣體冷凝法等工藝制成納米顆粒，再由激光壓縮、原位加壓、熱等靜壓或熱壓制成大塊金屬納米材料。凡能獲得納米粉末的方法一般都會(huì)通過(guò)后續(xù)加工得到大塊金屬納米材料。第二種方法為由大變小，是將外部能量引入或作用于母體材料，使其產(chǎn)生相或結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，直接制備出塊體納米材料。諸如，非晶材料晶化、快速凝固、高能機(jī)械球磨、嚴(yán)重塑性形變、滑動(dòng)磨損、高能粒子輻照和火花蝕刻等。使大塊非晶變成大塊納米晶材料或利用各種沉積技術(shù)獲得大塊金屬納米材料。

大塊金屬納米材料制備技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)是工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)量大及適應(yīng)范圍寬，能獲得樣品界面清潔且無(wú)微孔的大尺寸納米材料制備技術(shù)。其發(fā)展方向是直接晶化法。實(shí)際上今后相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)塊狀納米晶樣品制備仍以非晶晶化法和機(jī)械合金化法為主[4]。現(xiàn)在需要克服的是機(jī)械合金化中微孔隙的大量產(chǎn)生，亦應(yīng)注意其帶來(lái)的雜質(zhì)和應(yīng)力的影響。今后納米材料制備技術(shù)的研究重點(diǎn)將是高壓高溫固相淬火，脈沖電流及深過(guò)冷直接晶化法和與之相關(guān)的復(fù)合塊狀納米材料制備及研究工作。

2.2 強(qiáng)烈塑性變形法（SPD技術(shù)）

強(qiáng)烈塑性變形法（SPD技術(shù)）是在不改變金屬材料結(jié)構(gòu)相變與成分的前提下,通過(guò)對(duì)金屬材料施加很大的剪切應(yīng)力而引入高密度位錯(cuò),并經(jīng)過(guò)位錯(cuò)增殖、運(yùn)動(dòng)、重排和湮滅等一系列過(guò)程,將平均晶粒尺寸細(xì)化到1μm以下,獲得由均勻等軸晶組成、大角度晶界占多數(shù)的超細(xì)晶粒金屬材料的一種工藝方法[9]。SPD是一種致力材料納米化的方法,其特點(diǎn)是利用劇烈塑性變形的方式,在較低溫度下(一般<0.4Tm, Tm為金屬熔點(diǎn))使常規(guī)金屬材料粗晶整體細(xì)化為大角晶界納米晶,無(wú)結(jié)構(gòu)相變與成分改變,其主要的變形方式是剪切變形。它不僅是一種材料形狀加工的手段,而且可以成為獨(dú)立改變材料內(nèi)部組織和性能的一種技術(shù),在某些方面,甚至超過(guò)熱處理的功效。它能充分破碎粗大增強(qiáng)相,尤其是在促使細(xì)小顆粒相均勻分布時(shí)比普通軋制、擠壓效果更好,顯著提高金屬材料的延展性和可成形性。在應(yīng)用方面,到目前為止,通過(guò)SPD法取得了純金屬、合金鋼、金屬間化合物、陶瓷基復(fù)合材料等的納米結(jié)構(gòu),而且投入了實(shí)際應(yīng)用并獲得了認(rèn)可[3]。譬如,通過(guò)SPD法制備的納米Ti合金活塞,已用于小型內(nèi)燃機(jī)上;通過(guò)SPD法制備的納米Ti合金高強(qiáng)度螺栓,也已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)和宇宙飛船上。這些零件可以滿足高強(qiáng)度、高韌性、較高的疲勞性能的要求,從而大大提高了使用壽。

經(jīng)過(guò)近年的快速發(fā)展,人們對(duì)采用SPD技術(shù)制備金屬納米/超細(xì)晶材料已經(jīng)有了一定的認(rèn)識(shí)。但是,不管是何種SPD法制備納米材料,目前,還處在工藝可行性分析及材料局部納米化的實(shí)驗(yàn)探索階段,存在諸如成形效率低、變形過(guò)程中出現(xiàn)疲勞裂紋、工件尺寸小、顯微組織不均勻、材料納米化不徹底等問(wèn)題,對(duì)SPD制備納米/超細(xì)晶金屬材料的成形機(jī)理沒(méi)有統(tǒng)一的定論。

2.3膠束法

膠束法是控制金屬納米顆粒形狀的另一個(gè)重要方法[10]。膠束以一小部分增溶的疏水物質(zhì)或親水物質(zhì)形式存在。如果表面活性劑的濃度進(jìn)一步增大,增溶程度會(huì)相應(yīng)提高。膠束尺寸可增大到一定的范圍,此時(shí)膠束尺寸比表面活性劑的單分子層厚度要大很多,這是因?yàn)閮?nèi)池中的水或者油的量增大的緣故。如果表面活性劑的濃度進(jìn)一步增大,膠束則會(huì)被破壞而形成各種形狀,這也為合成不同形狀的納米粒子提供了可能。合成各種形貌的金屬納米顆粒的方法還包括高溫分解法、水熱法、氣相沉積法、電化學(xué)法等。其中,高溫分解法是在高溫下分解前驅(qū)體;水熱法是一種在高溫高壓下從過(guò)飽和水溶液中進(jìn)行結(jié)晶的方法;氣相沉積法是將前驅(qū)體用氣體帶入反應(yīng)器中,在高溫襯底上反應(yīng)分解形成晶體。這3種方法均可以得到純度高、粒徑可控的納米粒子,但是制備工藝相對(duì)復(fù)雜,設(shè)備比較昂貴。電化學(xué)方法中可采用石墨、硅等作陰極材料,在水相中還原制備不同金屬納米顆粒,也可采用模板電化學(xué)法制備金屬納米管、納米線等不同形貌的納米材料。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)條件溫和、設(shè)備簡(jiǎn)單,但目前還沒(méi)有大規(guī)模合成方面的應(yīng)用。

2.4雙模板法制納米點(diǎn)陣[11]

采用先后自組裝、沉積和溶解的方法，制成2種模板，然后在其中空球模板中電化學(xué)沉積得到納米粒子點(diǎn)陣，溶去另外一種模板后得到納米粒子點(diǎn)陣。這是目前獲得粒子均勻排列有序納米粒子點(diǎn)陣的最有效的方法，關(guān)鍵是如何控制粒子的大小和獲得較窄且均勻的粒度分布。

3金屬納米材料的現(xiàn)狀分析

納米技術(shù)在生產(chǎn)方式和工作方式的變革中正在發(fā)揮重要作用，它對(duì)社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)繁榮、國(guó)家安定和人類生活質(zhì)量的提高所產(chǎn)生的影響無(wú)法估量。鑒于納米技術(shù)及納米材料特別是金屬納米材料在未來(lái)科技中的重要地位及產(chǎn)業(yè)化的前景一片光明，目前世界上各國(guó)特別是發(fā)達(dá)國(guó)家非常重視金屬納米材料，從戰(zhàn)略高度部署納米技術(shù)研究，以提高未來(lái)10年至20年在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)能力。

諾貝爾獎(jiǎng)獲得者羅雷爾說(shuō)過(guò)：20世紀(jì)70年代重視微米研究的國(guó)家如今都成為發(fā)達(dá)國(guó)家，現(xiàn)今重視納米技術(shù)和納米材料的國(guó)家極可能成為下世紀(jì)的先進(jìn)國(guó)家。最近美國(guó)在國(guó)家科學(xué)技術(shù)理事會(huì)的主持下，提出“國(guó)家納米技術(shù)倡議”：納米技術(shù)將對(duì)21世紀(jì)的經(jīng)濟(jì)、國(guó)防和社會(huì)產(chǎn)生重大影響，可能與信息及生物技術(shù)一樣，引導(dǎo)下一個(gè)工業(yè)革命，應(yīng)該置其于科技的最優(yōu)先位置。世界各國(guó)制定納米技術(shù)和納米材料的戰(zhàn)略是：以未來(lái)的經(jīng)濟(jì)振興和國(guó)家的實(shí)際需求為目標(biāo)，牽引納米材料的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)研究；組織多學(xué)科的科技人員交叉創(chuàng)舉，重視基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的銜接，重視技術(shù)集成；重視納米材料和技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)品，提高高技術(shù)含量，同時(shí)部署納米技術(shù)和納米材料在環(huán)境、能源和信息等重要領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。我國(guó)納米技術(shù)和納米材料始于20世紀(jì)80年代末?！鞍宋濉逼陂g，納米材料科學(xué)列入國(guó)家攀登項(xiàng)目。納米材料的應(yīng)用研究自1996年以后在準(zhǔn)一維納米絲納米電纜的制備等幾個(gè)方面取得了重大成果。我國(guó)約有1萬(wàn)人從事納米研究與發(fā)展，擁有20多條生產(chǎn)能力在噸級(jí)以上的納米材料粉體生產(chǎn)線。生產(chǎn)的納米金屬與合金的種類有：銀、鈀、銅、鐵、鈷、鎳、鋁、鉭、銀-銅合金、銀-錫合金、銦-錫合金、銅-鎳合金、鎳-鋁合金、鎳-鐵合金、鎳-鈷合金[4]。

4結(jié)束語(yǔ)及展望

隨著金屬納米科技的發(fā)展,金屬納米材料的制備已日漸成熟,并廣泛應(yīng)用于我們生活的各個(gè)方面，金屬納米科學(xué)也將成為受人矚目的學(xué)科。但目前還存在一些不足，如在對(duì)復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與機(jī)理的探索、金屬納米材料的規(guī)?；a(chǎn)與應(yīng)用等方面還需要我們進(jìn)行更加深入和系統(tǒng)的研究。不過(guò)，我們有理由相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，上述金屬納米材料化學(xué)制備的新技術(shù)和新方法將會(huì)得到不斷創(chuàng)新與發(fā)展完善并將產(chǎn)生新的突破，它們將極大地推動(dòng)金屬納米材料的規(guī)模制備與廣泛實(shí)際應(yīng)用，并最終在不久的將來(lái)產(chǎn)生較大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

今后金屬納米的發(fā)展趨勢(shì)： 1在制備方面，大量的新方法、新工藝不斷出現(xiàn)，希望找到產(chǎn)量大、成本低、無(wú)污染、尺寸可控的制備方法，為產(chǎn)業(yè)化服務(wù)。

2實(shí)用化研究提到日程上，出現(xiàn)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用并行發(fā)展的問(wèn)題，對(duì)傳統(tǒng)金屬材料進(jìn)行納米改性，以期獲得優(yōu)良性能。

3日益體現(xiàn)出多學(xué)科交叉的特點(diǎn)。納米結(jié)構(gòu)材料的研究不僅依賴于物理、化學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，而且同電子學(xué)、生物學(xué)、測(cè)量學(xué)等產(chǎn)生越來(lái)越緊密的聯(lián)系。

參考文獻(xiàn)：

[1]GleiterH.Nanocrystalline materials [J].Progress in Materials Science, 1989, 33(4): 223-315.[2]王軍麗,史慶南.納米超細(xì)晶材料的制備方法[J].材料導(dǎo)報(bào), 2005, 19(5): 15-19.[3]楊保健,夏琴香,張 鵬.SPD制備納米/超細(xì)晶金屬材料的成形方法[J].鍛壓技術(shù)，2011,36（2）:48-51.[4]張代東,王欽清.金屬納米材料的發(fā)展動(dòng)態(tài)研究[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2002,12（5）:89-91.[5] 姚素薇，鄒毅，張衛(wèi)國(guó).金納米粒子的特性、制備及應(yīng)用研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2007,26（3）:310-313.[6] 田春霞.金屬納米塊體材料制備加工技術(shù)及應(yīng)用[J].材料科學(xué)與

工程，2001,19（4）:127-131.[7] 李景新，黃因慧，沈以赴.納米材料的加工技術(shù)[J].材料科學(xué)與工

程，2001,19（4）:117-121.[8] 劉建軍，王愛(ài)民，張海峰.高壓原位合成塊體納米鎂-鋅合金[J].材料研究學(xué)報(bào)，2001,15（3）:299-302.[9] Valiev R Z, Islamgaliev R K, Alexandrov I V.Bulk nano-structured materials from severe plastic deformation [J].Prog.Mater.Sci., 2000, 45(2): 103-189 [10] 劉惠玉,陳 東,高繼寧.貴金屬納米材料的液相合成及其表面等離子體共振性質(zhì)應(yīng)用[J].化學(xué)進(jìn)展，2006,18（7/8）:890-894.[11] 曹立新，屠振密，李寧.電沉積法制備單金屬納米晶材料的研究進(jìn)展[J].材料保護(hù)，2009，42（6）:47-52.

第四篇：基于金屬納米槽網(wǎng)格的透明電極的研究

基于金屬納米槽網(wǎng)格的透明電極研究

透明導(dǎo)電電極是許多柔韌性的光電設(shè)備的重要組件，包括觸屏和電子交換機(jī)。銦錫氧化物薄膜——是典型的透明電極材料——表現(xiàn)了優(yōu)越的電學(xué)行為，但是，薄膜易碎，且有低的紅外線透光度和較低的材料儲(chǔ)備，這使得它在現(xiàn)實(shí)工業(yè)上的應(yīng)用受到阻礙。最近發(fā)布的一些報(bào)道，例如導(dǎo)電聚合物，碳納米管和石墨烯都可以替代它。然而，盡管這樣會(huì)使它的柔韌性顯著提高，但是以碳為基體的材料的光電性能所表現(xiàn)的低導(dǎo)電性給了它很大的局限性。其他的一些例子包括金屬基納米電極能夠達(dá)到在90%的透光率下，薄膜電阻可以小于10Ω，這是由于金屬高的導(dǎo)電性造成的。為了達(dá)到這些性能，金屬納米線必須無(wú)缺陷，導(dǎo)電性接近他們?cè)谌萘可系牡闹?，使線與線的連接點(diǎn)的數(shù)量盡可能的小，呈現(xiàn)出小的連接電阻。這里我們提出一個(gè)簡(jiǎn)單地制作過(guò)程，根據(jù)我們?nèi)康男枨髞?lái)制造一種新的具有優(yōu)良光電子性能（2Ω的薄膜電阻，90%的透光率）和在拉伸與彎曲作用下保持良好的機(jī)械柔韌性的透明導(dǎo)電電極。這種電極是由獨(dú)立的金屬納米槽網(wǎng)絡(luò)組成以及被生產(chǎn)要通過(guò)靜電紡絲和金屬沉積的過(guò)程。我通過(guò)制作一個(gè)柔韌性好的觸摸屏和一個(gè)透明導(dǎo)電膠帶的方式來(lái)證明透明導(dǎo)電電極在實(shí)際中的應(yīng)用。

用掃描電子顯微鏡（SEM）來(lái)表征納米槽的微觀結(jié)構(gòu)。圖1b是了納米槽網(wǎng)格的典型結(jié)構(gòu)，在這種情況下，一個(gè)均勻的相互纏結(jié)的金納米網(wǎng)格網(wǎng)狀物的寬度達(dá)到400納米，長(zhǎng)度超過(guò)1毫米。在金屬沉積物中，獨(dú)特的納米網(wǎng)格在它們的結(jié)點(diǎn)位置自然地相互聯(lián)結(jié)在一起是很重要的（如圖1b）。合成的納米槽的SEM圖像證實(shí)了聚合物纖維模板得到了充分的變形，通過(guò)凹截面清除固體帶狀物。水槽的厚度是80納米左右，通過(guò)改變金屬沉積的時(shí)間來(lái)獲取不同的槽的厚度。每個(gè)水槽平均寬度406nm（如圖S6），并能通過(guò)用靜電紡絲的手段控制聚合物纖維模板的直徑來(lái)完成調(diào)整。圖一展示了金納米槽成功附著在不同表面，這些表面包括載玻片，PET塑料制品，紙，紡織品和曲面玻璃燒瓶，它們?nèi)繘](méi)有表面處理，也沒(méi)有制作全部的表面高傳導(dǎo)（圖1d，如圖s9）。納米槽很牢固的吸附在基底上，且不能被膠帶剝落（添加影片S1）。

超過(guò)80nm的金屬薄膜通常具有低的透明度，但是金屬納米槽具有高的透明度（如圖S10）。圖2a將各種表面電阻Rs以玻璃為基片的金屬納米槽電極的透明度進(jìn)行劃分。銅，金和銀納米槽在90%的透光率下的電阻值分別為2.8Ω和10Ω。銅納米槽網(wǎng)格表現(xiàn)出最好的性能——透光率為90%2的電阻為20Ω，95%時(shí)為10Ω，以及97%時(shí)電阻為17Ω——這一性能可以與最先進(jìn)的ITO相媲美，而且優(yōu)于其他透明導(dǎo)電電極，例如那些以石墨烯，碳納米管為基體的薄膜，可溶解加工的銀納米線或銅納米線以及金屬網(wǎng)絡(luò)、薄的金屬片和導(dǎo)電聚合物。

（圖1 納米槽的制造和的轉(zhuǎn)移過(guò)程。a，聚合物納米線模板制造納米槽過(guò)程的原理圖。聚合物納米線模板通過(guò)靜電紡絲，選擇優(yōu)質(zhì)材料，用標(biāo)準(zhǔn)薄膜沉積技術(shù)來(lái)進(jìn)行涂層。纖維涂層通過(guò)固體基片被轉(zhuǎn)移?；S后被浸在水或者有機(jī)溶劑用以清除聚合物纖維模板。b，金納米槽網(wǎng)格和兩個(gè)納米槽的連接點(diǎn)的SEM圖。c，獨(dú)立的金納米槽的SEM橫截面圖片展示了凹形形狀d，金納米槽網(wǎng)格能夠簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)移到各種基體上，包括玻璃載片，PET塑料，紙，紡織品和曲面玻璃燒瓶（從左往右））

納米槽電極的這種卓越的性能歸因于以下幾種重要因素。首先，金屬納米槽是由用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的沉積薄膜工藝生產(chǎn)出來(lái)的，沉積工藝生產(chǎn)了高質(zhì)量的金屬。例如，一個(gè)單獨(dú)的金納米槽有2.2×105Scm-1 的電導(dǎo)率（通過(guò)四點(diǎn)探針來(lái)衡量），這個(gè)可以與他的多晶容量值相比（4.1×105Scm-1）（圖2b，以及圖S12和S13）。相對(duì)于與他們的大部分同類物品相比，納米結(jié)構(gòu)的金屬通常有更低的導(dǎo)電性的這個(gè)數(shù)據(jù)是很重要的，在合成期間也許由于雜質(zhì)的生成，減少了結(jié)晶質(zhì)量，在表面有污垢或表面活性劑，以及電子散射。例如單晶的銀納米線的導(dǎo)電性大約低于多晶的十倍。相反的，我們的納米槽展現(xiàn)的電導(dǎo)率接近多晶的一半，可能是由于蒸發(fā)造成的結(jié)果，生產(chǎn)了清潔和高質(zhì)量的金屬。

第二，納米槽形成了高度均勻、相互聯(lián)結(jié)的網(wǎng)格狀。這些納米槽電極的特性由滲透理論描述出來(lái)（如圖S11）。這些納米槽網(wǎng)格需要有特殊的過(guò)濾參數(shù)來(lái)完成高性能透明導(dǎo)電電極（如表S1）。它表明過(guò)濾參數(shù)主要依賴于網(wǎng)格的均勻性。改進(jìn)方案之所以能夠被觀察歸因于網(wǎng)格在空間上的一致性，這個(gè)網(wǎng)格是通過(guò)靜電紡絲的方法均勻分布在聚合物納米線模板上完成的。納米槽網(wǎng)格的這種互相聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)也避免產(chǎn)生了大量的連接電阻，金屬納米線網(wǎng)格中的普通障礙物。

第三，納米槽的凹形減少了電磁的橫截面，相對(duì)于平的納米條允許了更多的可見(jiàn)光通過(guò)。（如圖S15）金屬納米槽網(wǎng)格表現(xiàn)出了一個(gè)從300nm到2000nm的透明光譜（圖2c，如圖S16）。一些光電設(shè)備通過(guò)一些額外的彩色修正部件得到令人滿意的寬頻光譜，使紅外傳感器和偵測(cè)器的應(yīng)用成為可能，以及能夠通過(guò)利用紅外光譜提高太陽(yáng)能電池的效率（常見(jiàn)的ITO導(dǎo)體變得幾乎不透明）。

化學(xué)穩(wěn)定性是透明導(dǎo)電的另一個(gè)需要我們注意的重點(diǎn)。附加圖S17展示了各種金屬納米槽網(wǎng)格在受到高溫和濕度的影響時(shí)電阻的改變。通過(guò)表面鈍化使化學(xué)穩(wěn)定性提高，以及證明我們之前對(duì)銅納米線做的研究。納米槽的鈍化已經(jīng)超出了我們當(dāng)前的研究范圍，它將成為未來(lái)的研究課題。

我們的金屬納米槽網(wǎng)格是可以彎曲的，且能伸展、能折疊。為了檢測(cè)他們的機(jī)械性能，我們將納米網(wǎng)格轉(zhuǎn)移到178μm厚的PET基片上，彎曲這個(gè)薄膜達(dá)到2mm的半徑范圍或者彎曲2000次，使薄膜厚度達(dá)到20mm。彎曲之后再次測(cè)試這個(gè)透明電極，我們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電性有顯著的衰減。但是與此相反的是ITO薄膜在彎曲小于50毫米，或者彎曲20毫米超過(guò)20次之后導(dǎo)電性有嚴(yán)重的衰減。透明電極的延展性通過(guò)轉(zhuǎn)移納米槽網(wǎng)格纖維底片來(lái)檢測(cè)，而不是表面活化。在單向拉伸產(chǎn)生50%的應(yīng)變時(shí)薄膜的電阻增加了40%，它可以與碳納米基的透明彈性導(dǎo)體的性能相比，而且在很大程度上對(duì)于相似厚度的金屬薄膜在電阻上還有很顯著的增加。

將納米槽網(wǎng)格轉(zhuǎn)移到了紙上來(lái)測(cè)試其在極端條件下的機(jī)械性能。把電極壓碎然后展開(kāi)在紙上，我們發(fā)現(xiàn)電極仍保持導(dǎo)電性，且在電阻上僅僅發(fā)生了有限的改變（如圖3a，以及S18）。這個(gè)機(jī)械學(xué)上的原理是，在折疊期間納米槽仍保持連續(xù)，經(jīng)過(guò)納米級(jí)變形來(lái)緩和外部壓力。而且從SEM圖中可以看出，獨(dú)立的金屬納米槽網(wǎng)格能夠折疊而不會(huì)破損。這些耐用的納米槽網(wǎng)格也能夠轉(zhuǎn)移到商業(yè)的透明膠帶上去，可以生產(chǎn)透明導(dǎo)電膠帶。這個(gè)透明導(dǎo)電膠帶能夠很容易的黏住材料表面，且不需要表面處理而使材料表面導(dǎo)電。這個(gè)新的技術(shù)也許能簡(jiǎn)單地用運(yùn)在光電設(shè)備集成上，也可以擴(kuò)大透明導(dǎo)電電極應(yīng)用的領(lǐng)域。

由于金屬納米槽電極的一些優(yōu)勢(shì)，包括容易制作，不需要轉(zhuǎn)移，高的透明度和良好的柔韌性，因此這些電極也能夠應(yīng)用在實(shí)際的光電設(shè)備上。事實(shí)上，我們已經(jīng)展示了一個(gè)高性能的納米槽，并與有抵抗性的觸摸屏裝置合為一體。這個(gè)裝置的操作展示在動(dòng)畫(huà)S3。

最后，連續(xù)的金屬納米槽獨(dú)特的凹形和納米級(jí)尺寸也可以引起一些光學(xué)特性。為了理解入射光掃描和納米槽之間的作用關(guān)系，我們用數(shù)字解決麥克斯韋方程，并獲得納米槽周圍光強(qiáng)度的擬域分布。我們的仿真預(yù)言了局部“光集中”現(xiàn)象與結(jié)構(gòu)有關(guān)，在金屬納米槽附近有效的聚合了光。對(duì)于橫向磁場(chǎng)極化，掃描強(qiáng)度幾乎是表面離子效應(yīng)環(huán)繞功能區(qū)內(nèi)部的七倍。有趣的是，橫斷面電子極化，甚至沒(méi)有表面離子效應(yīng)，納米槽仍然能夠提供一個(gè)有效的的輕聚合效果，包括通過(guò)中心6.5處的因素使掃描強(qiáng)度加強(qiáng)。這是由于功能區(qū)獨(dú)特的橫截面，宏觀水槽反光鏡的活動(dòng)是為了獲取中心掃描強(qiáng)度的最大值。這種獨(dú)特的局部光聚合效應(yīng)在一些光電子的應(yīng)用上是有希望的，包括太陽(yáng)能電池，太陽(yáng)能燃料，光輔助局部化學(xué)反應(yīng)以及光量傳感器等。

總之，我們發(fā)現(xiàn)金屬納米槽透明導(dǎo)電電極表現(xiàn)出卓越的光電子性能（對(duì)比同等級(jí)的ITO）和優(yōu)越的機(jī)械性能（能夠忍受巨大的彎曲和拉伸應(yīng)力）。它們的合成是基于標(biāo)準(zhǔn)的靜電紡絲和金屬沉積技術(shù)，能夠簡(jiǎn)易的合成并能被人們?nèi)菀捉邮堋＿@樣的金屬納米槽電極能夠取代ITO，它可以廣泛的應(yīng)用在太陽(yáng)能電池，觸摸傳感器以及平板顯示器，還可以用于一些新型的應(yīng)用領(lǐng)域例如柔韌電子和皮膚傳感器。

方法：

納米槽的制作：高分子納米纖維模板通過(guò)靜電紡絲合成，低成本和高質(zhì)量制備連續(xù)超長(zhǎng)的納米纖維是一項(xiàng)卓越的技術(shù)。可溶于水的聚合物包括PVA和PVP，被用作原材料來(lái)生產(chǎn)自然可降解的聚合物模板。前驅(qū)體溶液是通過(guò)將聚合粉添加到去離子水中，然后加熱到80℃保持10小時(shí)來(lái)制備的。

15kv的電壓被用到高電壓源的溶液。獨(dú)立的纖維逐步形成一個(gè)網(wǎng)格，收集在銅的框架上。納米纖維的密度通過(guò)改變靜電紡絲的時(shí)間來(lái)控制。金屬納米槽通過(guò)鉻、金、銅、銀和鋁、白金和鎳的電子束蒸發(fā)來(lái)形成一個(gè)1×10-6Pa的底面壓力。對(duì)于應(yīng)用在透明電極的金屬納米槽網(wǎng)格，在一個(gè)恒定的10nm厚度的地方放了全部的金屬，除非有其他說(shuō)明。在蒸發(fā)期間式樣的溫度維持在60℃以下。硅和ITO納米槽的產(chǎn)生是基于125W的低功率和5托的壓力電磁噴射而產(chǎn)生的。值得注意的是納米槽的質(zhì)量會(huì)受到聚合物模板的選擇的影響。因此，PVP納米纖維模板通過(guò)金，鉑，硅和ITO的納米槽來(lái)選擇，然而PVA納米纖維模板被用在銅，銀和鋁上。（蒸鍍是將待成膜的物質(zhì)置于真空中進(jìn)行蒸發(fā)或升華，使之在工件或基片表面析出的過(guò)程。）

對(duì)于光學(xué)和電學(xué)的的描述。這個(gè)薄膜的電阻用四點(diǎn)探針裝配的萬(wàn)用表來(lái)測(cè)量，以便排除接觸電阻。納米槽的導(dǎo)電性是用一個(gè)獨(dú)立的納米槽裝置來(lái)決定的。對(duì)導(dǎo)電網(wǎng)格用乙醇進(jìn)行超聲處理，以形成懸浮的單個(gè)的納米槽。納米槽澆鑄到氧化硅基體上，并且用標(biāo)準(zhǔn)的電子束影印和鉻或金的熱蒸發(fā)的手段將圖案印到裝置上。納米槽裝置用安捷倫科技公司B1500A半導(dǎo)體裝置分析儀來(lái)進(jìn)行測(cè)量。用石英鎢鹵族燈作為光源來(lái)測(cè)量透光率，外加單色儀來(lái)控制波長(zhǎng)。虹膜和凸透鏡用來(lái)聚焦光線到1mm×2mm，而且分束器將光線分離成完整的球面和光電二極管。為了強(qiáng)有力的校準(zhǔn)光，將光電二極管與靜電計(jì)相連。將樣品放在積分球面上，因此球面光，漫射光和薄霧全部被包含進(jìn)去。同一玻璃載片被用來(lái)參考。一個(gè)能量測(cè)算單位被用來(lái)衡量來(lái)自積分球的光電流，透射比基于參考平面的玻璃滑動(dòng)來(lái)計(jì)算。因此，標(biāo)準(zhǔn)的透射比不包括玻璃基板的透射比。

觸摸屏裝置的制作。四線模擬觸摸屏裝置是由來(lái)自TVI電子工業(yè)重裝的。用一個(gè)PET薄膜和ITO玻璃塊的ITO電極組成2.8英寸的一個(gè)裝置，通過(guò)聚合物墊片方格來(lái)隔開(kāi)。在重建裝置中，ITO和PET薄膜被一個(gè)178μm厚的PET的金納米槽網(wǎng)格所代替。為了制備金納米槽透明導(dǎo)電電極原件，金納米槽網(wǎng)格被移動(dòng)到PET基片，然后用具有塑料硬膜的400nm厚的銅線對(duì)其進(jìn)行圖案裝飾。銅電路允許金納米槽電極與商業(yè)的控制器結(jié)合，而且它與計(jì)算機(jī)形成界面。三明治結(jié)構(gòu)的裝置最終被雙面膠帶密封了。測(cè)試的軟件也是由商家提供。

圖1為聚合物納米纖維模板制備納米槽的原理圖。聚合物納米纖維模板第一次通過(guò)靜電紡絲的方式來(lái)制備，然后涂上上等材料用標(biāo)準(zhǔn)的薄膜沉積技術(shù)。這個(gè)涂層纖維被轉(zhuǎn)移到固體基片上。為了溶解掉聚合物纖維模板這個(gè)基片隨后被浸在水里或者有機(jī)溶劑。

圖2為金屬納米槽網(wǎng)絡(luò)（左）和兩個(gè)納米槽的接點(diǎn)的頂視ＳＥＭ圖片。

圖３單壁金屬納米槽的橫截面ＳＥＭ圖片，展示了它的凹面形。

圖４金屬納米槽網(wǎng)絡(luò)能夠很容易的轉(zhuǎn)移到各種基片上，包括玻璃載片，ＰＥＴ塑料制品，紡織品和曲面玻璃燒瓶（如圖從左向右）。

銅，金，銀和鋁納米槽網(wǎng)絡(luò)的表面電阻和透光率的對(duì)比，這可以通過(guò)滲透理論來(lái)描述。ITO，碳納米管，石墨烯，銀納米線，銀網(wǎng)格以及鍍鎳薄膜表現(xiàn)出的性能作對(duì)比。值得注意的是提到的透射比并不包括基片的透射比。

D，對(duì)在178微米厚的PET基體上涂抹ITO薄膜以及金納米槽網(wǎng)格的透明電極組合在彎曲下電阻的變化。E，金納米槽電極和ITO電極涂抹在PET薄膜上在10mm的半徑范圍上彎折不同次數(shù)對(duì)電阻的影響。F，對(duì)可伸展的透明電極包含涂在0.5mm厚的PDMS的基底上的金納米槽網(wǎng)格進(jìn)行拉伸來(lái)看對(duì)Rs的影響。金薄膜相對(duì)于納米槽發(fā)生了很快的退化。

第五篇：納米材料與技術(shù)論文

石墨烯在橡膠中的應(yīng)用

摘要：石墨烯具有較強(qiáng)的力學(xué)性能和導(dǎo)電/導(dǎo)熱性質(zhì)，為發(fā)展多功能聚合物納米材料提供了新的方向。本文簡(jiǎn)單介紹了石墨烯的制備及其功能化,并重點(diǎn)介紹了石墨烯/橡膠納米復(fù)合材料的3種主要制備方法，同時(shí)分析了石墨烯/橡膠納米復(fù)合材料的發(fā)展前景和存在問(wèn)題.關(guān)鍵詞：石墨烯 納米復(fù)合材料 制備引言

橡膠在室溫下具有獨(dú)特的高彈性，其作為一種重要的戰(zhàn)略性物資，泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)"高新技術(shù)和國(guó)防軍工等領(lǐng)域。然而，未補(bǔ)強(qiáng)的橡膠存在強(qiáng)度低，模量低，耐磨差，抗疲勞差等缺陷。因此絕大數(shù)橡膠都需要補(bǔ)強(qiáng)，同時(shí)隨著橡膠制品的多元化，在滿足最基本的物理機(jī)械性能強(qiáng)度的同時(shí)，需要具有功能性的納米填料/橡膠復(fù)合材料。石墨烯是一種有著優(yōu)異性能的二維納米填料，將石墨烯與聚合物復(fù)合是發(fā)揮其性能的重要途徑，石墨烯/橡膠納米復(fù)合材料對(duì)橡膠的力學(xué)機(jī)械性能、電學(xué)性能、導(dǎo)熱性能和氣體阻隔性能等都有很大提升，因此得到了廣泛關(guān)注。石墨烯的制備及其衍生物的功能化 2.1 石墨烯的制備

本文重點(diǎn)介紹利用氧化石墨烯（GO）的還原來(lái)制備石墨烯，該方法制備的石墨烯不能完全消除含氧官能團(tuán)，還存在結(jié)構(gòu)缺陷和導(dǎo)電性差等缺點(diǎn)，但是相比于其他方法，其宏量和廉價(jià)制備的特點(diǎn)更為突出。2.2 氧化石墨烯的還原

目前，氧化石墨烯的還原一般分為熱還原與化學(xué)還原兩種方法。熱還原是指 GO在高溫下脫除表面的含氧基團(tuán)并釋放大量氣體，從而還 原并剝離GO.化學(xué)還原法是指利用具有還原性的物質(zhì)對(duì)GO進(jìn)行脫氧還原。2.3 石墨烯的功能化

對(duì)于氧化石墨烯還原之后的石墨烯，可以用非共價(jià)鍵改性，通過(guò)工業(yè)用燃料，熒光增白劑，表面活性劑高效穩(wěn)定石墨烯。

2.4 橡膠/石墨烯復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，性能的檢測(cè)

利用紅外光譜儀測(cè)定復(fù)合物的紅外光譜圖;用X射線衍射儀（XRD)測(cè)定復(fù)合物的衍射譜圖;用發(fā)射掃描電鏡(SEM)分析復(fù)合物的形貌；用電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試式樣力學(xué)性能。3 橡膠/石墨烯橡膠納米復(fù)合物的制備方法

目前制備石墨烯/橡膠復(fù)合材料的制備方法主要有三種，即膠乳共混法，溶液共混法，機(jī)械混煉法。3.1 膠乳共混法 利用超聲輻照膠乳和原位還原法(ULMR)制備石墨烯均勻分散的石墨烯/NB復(fù)合材料的方法，解決了石墨烯在橡膠基體中的分散和剝離問(wèn)題，橡膠復(fù)合材料的力學(xué)性能大幅度提高[1].通過(guò)膠乳混合-靜態(tài)熱壓和硫化方法制備了具有石墨烯導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的石墨烯/NR納米復(fù)合材料[2].黃光速等通過(guò)膠乳法分別制備了石墨烯/NR和石墨烯/丁苯橡膠(SBR)復(fù)合材料，并研究了材料的硫化機(jī)理[3].Kim等[4]通過(guò)膠乳法制備了石墨烯/SBR復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)橡膠材料的熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電性能得到了顯著提升.Schopp等[5]通過(guò)膠乳法制備了常規(guī)和新型碳系填料(炭黑,碳納米管,石墨烯)填充的SBR復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)不同填料類型、填充量、填料分散方法對(duì)復(fù)合材料性能的有影響，其中，石墨烯對(duì)SBR復(fù)合材料的力學(xué)性能、電性能以及氣體阻隔性能的提高最為顯著.3.2 溶液共混法

Lian等[6]通過(guò)溶液共混法制備了石墨烯/丁基橡膠(IR)復(fù)合材料,橡膠機(jī)械性能得到顯著的提升.Sadasiviuni等[7]用馬來(lái)酸酐接枝丁基橡膠(MA-g-HR)，通過(guò)溶液法制備得到了石墨烯/MA-g-HR納米復(fù)合材料.Bai等[8]利用超聲將氧化石墨烯分散到二甲基甲酰胺，將丁腈橡膠(NBR)溶于四氫呋喃，然后將氧化石墨烯分散液加到橡膠溶液中，再經(jīng)超聲、分散、干燥、雙輥混煉和熱壓硫化得到了氧化石墨烯/NBR復(fù)合材料.3.3 機(jī)械混煉法

Mahmoud等[9]最早通過(guò)機(jī)械混煉法制備了石墨烯/NBR復(fù)合材料，并研究了石墨烯對(duì)材料的循環(huán)疲勞的影響.Al-solamy等[10]先利用雙輥開(kāi)煉機(jī)對(duì)復(fù)合橡膠進(jìn)行機(jī)械混煉，然后將復(fù)合橡膠模壓成面積為1cm2、高1cm的圓柱體，最后熱壓、硫化得到石墨烯/NBR復(fù)合材料,并研究了復(fù)合材料的導(dǎo)電性能，提出了導(dǎo)電橡膠納米復(fù)合材料壓阻效應(yīng)的微觀結(jié)構(gòu)模型.Das等通過(guò)機(jī)械共混法分別制備了石墨烯、膨脹石墨(EG)、CNTs、EG/CNTs雜化填充SBR納米復(fù)合材料，并對(duì)4種復(fù)合材料的電性能和力學(xué)性能做了對(duì)比.Dao等[11]通過(guò)鋁三仲丁醇在DMF水溶液中處理石墨烯制備出氧化鋁涂覆氧化石墨烯納米片復(fù)合填料.3.4 其他方法。

Castro等[12]采用氣相沉積法在聚苯胺/乙丙橡膠復(fù)合導(dǎo)電橡膠中趁機(jī)石墨烯的方法制備了新型有機(jī)電導(dǎo)材料；Cheng等[13]以金屬鎳泡沫為模版，通過(guò)CVD法制備了三維石墨烯泡沫，再將二甲基硅橡膠澆筑到石墨烯泡沫中制備石墨烯/合成橡膠復(fù)合材料；Zhan等[14]報(bào)道了將化學(xué)還原的石墨烯自組裝到NR膠乳粒子表面，在不經(jīng)過(guò)開(kāi)練配合的情況下直接靜態(tài)熱壓硫化，制備了具有石墨烯“隔離”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的NR復(fù)合材料（NRLGES）；Wang等[15]在玻璃基板上通過(guò)層-層的靜電組裝制備了聚乙烯亞胺/羧基丁腈橡膠多層膜材料.4結(jié)論與展望

石墨烯具有優(yōu)異的物理和電特性，作為橡膠納米填料，具有非常高的增強(qiáng)效率和效果，同好似還可以賦予橡膠材料其他特性如導(dǎo)電性，導(dǎo)熱性，改善其機(jī)械性能和氣體阻隔性能等，對(duì)橡膠制品的高性能化和功能化具有特別的意義。

石墨烯/橡膠復(fù)合材料的制備方法的核心問(wèn)題是在集體中均勻有效的分散與分布石墨烯填料。目前常用的復(fù)合方法有：膠乳共混、溶液共混和機(jī)械混煉，一般采用溶液共混和膠乳共混制備的復(fù)合材料中石墨烯分散均勻，因此復(fù)合材料具有更優(yōu)異的性能。GO表面的含氧基團(tuán)能有效增強(qiáng)與極性橡膠的界面作用；還原石墨烯比表面積大且存在“褶皺”結(jié)構(gòu)，因此其與大多數(shù)非極性橡膠如NR，SBR等有較強(qiáng)的界面結(jié)合。通過(guò)石墨烯的表面修飾可以進(jìn)一步提高街面作用和石墨烯分散，從而提高復(fù)合材料性能，總的來(lái)說(shuō)，石墨烯可以有效的增加各種橡膠基材的導(dǎo)電性，導(dǎo)熱性，機(jī)械強(qiáng)度和氣體阻隔性。

[1] Zhan Y，Wu J, Xia H, Fei G, Yuan G, Macromol Mster Eng,2011,296(7),590-602 [2] Potts J R,Shankar O,Murali S,Du L,Ruoff R S.Compas Sci Technol,2012,74:166-172 [3] Wu J,Xing W,Huang G,Li H,Tang M,Wu S,Liu Y.Polymer,2013,54(13):3314-3323 [4] Kim J S,Hong S,Park D,Shim S E.Macromol Res,2010,18(6):558-565 [5] Schopp S,Thamann R,Ratzsch K F,Kenling S,Altstadt V,Mulhaupt R.Macromol Mater Eng,2014,299(3):319-329 [6] Lian H,Li S,Liu K,Xu L,Wang K,Gua W.Polym Eng Sci,2011,51(41):2254-2260 [7] Sadasivuni K K,Saiter A.Gautier N,Thomas S,Grohens Y.Colloid Polym Sci,2013,291(7):1729-1740 [8] Bai X,Wan C,Zhang Y,Zhai Y.Carbon,2011,49(5):1608-1613 [9] Mahmoud W E,Al-Ghamdi A A.Al-Solamy F R.Polym Advan Technal,2012,23(2):161-165 [10] Alsolamy F R,AlGhamdi A A,Mah moud W E.Polym Adv Technol,2012.23(3):478-482 [11] Dao T D, Lee H, Jeong H M.Alumina-coated graphene nanosheet and its composite of acrylic rubber[J].Journal of colloid and interface science, 2014, 416: 38-43.[12] de Castro R K, Araujo J R, Valaski R, et al.New transfer method of CVD-grown graphene using a flexible, transparent and conductive polyaniline-rubber thin film for organic electronic applications[J].Chemical Engineering Journal, 2015, 273: 509-518.[13] Chen Z, Ren W, Gao L, et al.Three-dimensional flexible and conductive interconnected graphene networks grown by chemical vapour deposition[J].Nature materials, 2011, 10(6): 424-428.[14] Zhan Y, Lavorgna M, Buonocore G, et al.Enhancing electrical conductivity of rubber composites by constructing interconnected network of self-assembled graphene with latex mixing[J].Journal of Materials Chemistry, 2012, 22(21): 10464-10468.[15] Bokobza L.Enhanced electrical and mechanical properties of multiwall carbon nanotube rubber composites[J].Polymers for Advanced Technologies, 2012, 23(12): 1543-1549.