CC BY
1Ш ▲ гНЕ НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ АКТИВНЫЕ СРЕДЫ И НАНОСТРУКТУРЫ
Исследование электрических свойств и характеризация металлполимерного проводника на основе серебросодержащих нанопроволок
Панов Д.В.1, Волчков И.С.1, Ковалец Н.П.2, Подкур П.Л.1, Кошелев И.О.1
1-Курчатовский комплекс «Кристаллография и фотоника» НИЦ «Курчатовский институт», Москва
2- Московский педагогический государственный университет, Москва
Е-тай: [email protected]
Б01: 10.24412/с1-35673-2024-1-124-126
Спрос на создание различных элементов гибкой электроники, таких как сенсоры и активные элементы на основе различных
наноструктур, не ослабевает [1-6]. Исследования в области гибкой электроники становятся все более популярными в связи с огромными
возможностями их применения в различных областях микро- и наноэлектроники. Благодаря развитию технологий синтеза наноматериалов становится возможным производство композитных проводников. Среди композитных проводников можно выделить тонкопленочные многослойные проводники [3, 4, 6] и композитные проводники на основе наноструктур, как расположенных на поверхности пленок [5-7], так и интегрированных в объем [2, 3]. Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки. В данной работе будет рассмотрен гибкий полимерный композит с нанопроволоками (НП) серебра в объеме полимерного материала. Эти структуры могут быть использованы для всех типов оптоэлектронных интерфейсных устройств, таких как сенсорные экраны [3, 5, 6], солнечные элементы [3, 6] и светоизлучающие устройства [3]. Основными характеристиками таких гибких проводников являются хорошее удлинение, гибкость, механическая стабильность и химическая стойкость таких структур.
Для получения структур использовались промышленные трековые мембраны (ТМ) из полиэтилентерефталата (ПЭТФ) толщиной 12 мкм с порами диаметром 100 нм и плотностью пор
1,2* 109 см-2 (ОИЯИ, Дубна, Россия). Для создания контактной поверхности медь напылялась на одну из полимерных поверхностей с помощью установки ВУП-4. Гальваническое осаждение серебра в поры мембраны проводили в вертикальной ячейке из ПЭТ с рабочей
I ssssrass 22-24 октября 2024 г.
А -ПРОКОРОВСКИЕ НЕДЕЛИ-
площадью 15 см2. Использовался серебряный электролит состава AgNO3 — 0,177 моль/л; K4[Fe(CN)6] — 0,136 моль/л; К2СО3 — 0,289 моль/л; KSCN — 1,029 моль/л, при этом гальваническое осаждение проводилось при температуре электролита от 20 до 25 °С, катодной и анодной плотности тока от 1 до 10 мА/см2 [8]. Образцы серии 1 выращивались при токе осаждения 60 мА в течение 10 с и обратном токе -70 мА в течение 6 с за цикл в течение 100 циклов. Образцы серии 2 выращивались в аналогичных условиях в течение 50 циклов.
Длину полученных НП контролировали с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) JCM 6000 Plus (Jeol, Япония) со встроенной приставкой энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (ЭДС). Исследования проводились в режиме вторичных электронов (напряжение 15 кВ). Рентгенофазовый анализ (РФА) и расчет размера кристаллитов проводили на порошковом рентгеновском дифрактометре X'pert Pro MPD (PANalytical, Нидерланды) при ускоряющем напряжении 40 кВ при токе 40 мА с медным излучением. (Сика = 1,54 нм).
Механические свойства образцов исследовались экспериментально в режиме одноосного растяжения (2 мм/мин) на испытательной машине Autograph AGS-5kN (Shimadzu, Япония).
Электрические характеристики массивов НП измерялись с помощью резистивного монитора Cresbox (Napson, Япония) стандартным четырехзондовым методом постоянного тока [9].
В данной работе были получены металлополимерные композиты с диаметром НП 100 нм. НП выращивались до того, как материал начал выходить на поверхность матрицы. При проведении СЭМ-исследований ЭДС-анализ проводился как с поперечного сечения матрицы, так и с поверхности матрицы.
В состав основных соединений проводящего композита на основе Ag также входят примеси Cl и I. Пик Си относится к остатку подложки, который не полностью удален селективным травлением. Рентгеноструктурные исследования показали наличие не только фазы чистого серебра, но и наличие галогенидных фаз: AgCl и AgI. Измерения механических характеристик показали возможность упрочнения ТМ за счет формирования массива НП. Действительно, относительно исходной ПЭТФ-мембраны Е и Р выше у образцов серии 2. При этом наблюдается динамика линейного снижения значений механических характеристик с увеличением О.
M ▲ iïEEEiE* новые материалы активные среды и наноструктуры
Электрические свойства образцов серии 2 показали линейное увеличение с увеличением О, так как с увеличением доли площадей увеличивается и скорость роста НП, что приводит к образованию НП большей длины. Как известно, увеличение длины НП при использовании TM такого типа приводит к повышению электрических свойств. Именно это и наблюдается на образцах серии
2. Образцы серии l не показали зависимости электрических свойств от О. Наблюдаются как области с низкой проводимостью, возникающие вследствие описанных выше процессов образования и удаления наростов, так и проводящие участки, область наростов в которых, по-видимому, была не столь значительна, в результате чего измерительные зонды доходили до проводящей решетки. Это указывает на неоднородность роста НП.
Показана возможность формирования проводящего металлополимерного композита на основе серебросодержащих НП. Электрические свойства композитов зависят как от времени осаждения, так и от соотношения площадей анода и катода ^анод^ка-год). Полученные металлополимерные композиты имеют механические свойства, превосходящие свойства ПЭТФ ТМ. Однако с увеличением Sanode/Scathode и увеличением времени осаждения наблюдается падение этих значений из-за увеличения скорости роста, что приводит к образованию неоднородных по длине НП. Полученные данные свидетельствуют о том, что проводящие серебросодержащие НП могут служить армирующей структурой для проводящих металлополимерных композитов, обладающих высокой электропроводностью и перспективных для использования в гибких элементах электроники.
1. Goki E., Fanchini G., Manish C., Nature Nanotech., 2008, 3, 270.
2. Ye S., Rathmell A.R., Chen Z. et al., Adv. Mater, 2014, 26, 6670.
3. Langley D., Giusti G., et al., Nanotech., 2013, 24, 452001.
4. Hecht D.S., Hu L., Irvin G., Adv Mater, 2011, 23, 1482.
5. McCoul D., Hu W., Gao M., Mehta V., Advanced El. Mat, 2016, 2.
6. Kumar A., Zhou P., ACS Nano, 2010, 4, 11.
7. Mayousse C., Celle C., Moreau E. et al., Nanotech., 2013, 24, 215501.
8. Burkat G.K. Electrodeposition of precious metals, SPB.: Polytech, 2009, p. 21.
9. Smits F.M., The Bell System Technical Journal, 1958, 37, 711.
