CC BY
4
УДК 661.857
Перунова ЕЮ., Морозов АН., Крюков А.Ю.
ПРОЗРАЧНЫЕ ТОКОПРОВОДЯЩИЕ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ СЕРЕБРЯНЫХ НАНОЧАСТИЦ И ФУНКЦИОНАЛИЗИРОВАННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК
Перунова Елена Юрьевна, студентка 2 курса магистратуры кафедры ТНВ и ЭП РХТУ им. Д.И. Менделеева iMOPO3OB@gmail.com
Морозов Александр Николаевич, к.х.н., доцент кафедры ТНВ и ЭП РХТУ им. Д.И. Менделеева
Крюков Александр Юрьевич, доцент кафедры физической химииРХТУ им. Д.И. Менделеева
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский химико-
технологический университет имени Д.И. Менделеева», Россия, Москва
125047, г. Москва, Миусская площадь, д.9
В настоящей работе представлены результаты исследования влияния природы и толщины слоя УНТ на оптоэлектронные свойств ППП на основе НН Ag. С помощью СЭМ продемонстрировано, что в качестве защитных покрытий следует использовать ковалентно функционализированные УНТ. Показано, что применение УНТ для получения многослойных композитных ППП позволяет не только защитить НН Ag, но и снизить расход серебра.
Ключевые слова: углеродные нанотрубки, нанонити, серебро, прозрачные проводящие пленки, напыление
TRANSPARENT CONDUCTIVE COATINGS BASED ON SILVER NANOPARTICLES AND FUNCTIONALIZED CARBON NANOTUBES
Perunova E.Yu., Morozov A.N., Krukov A.Yu.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
This paper presents the results of studying the effect of the nature and thickness of the CNTs layer on the optoelectronic properties of TCFs based on Ag NWs. Using SEM, it was demonstrated that covalently functionalized CNTs should be used as protective coatings. It is shown that the use of CNTs for the production of multilayer composite TCFs makes it possible not only to protect Ag NWs, but also to reduce the consumption of silver. Keywords: carbon nanotubes, nanowires silver, transparent conductive films, spray-coating
В настоящее время технологии оптоэлектроники широко внедрились в различные сферы деятельности человека. Одними из основных компонентов любого оптоэлектронного устройства являются прозрачные проводящие покрытия (ППП). Среди материалов для получения ППП на рынке лидирует оксид индия, легированный оловом (1Т0). С помощью него удается получать покрытия с поверхностным сопротивлением <15 Ом/кв и прозрачностью выше 90%. Несмотря на превосходные оптоэлектронные свойства 1Т0, у пленок данного материала есть существенные ограничения применения, к которым относится низкая механическая прочность на изгиб и тенденция увеличения стоимости индия из-за его дефицита. В связи с этим поиск новых материалов для создания ППП представляется весьма перспективным и своевременным направлением исследований.
В качестве альтернативных материалов 1Т0 сейчас рассматриваются: легированные оксиды металлов, проводящие полимеры, нанонити (НН) металлов и углеродные наноматериалы [1]. Среди перечисленных вариантов наиболее перспективными являются НН металлов, обладающие высокой проводимостью. Нанонити представляют собой анизотропные кристаллы чистого металла, у которых длина значительно превышает диаметр. Для получения ППП используются НН из серебра, золота или меди. Благодаря высокой химической стойкости золото является наиболее предпочтительным
материалов. В то же время, из-за высокой стоимости применение золота для получения ППП весьма ограничено. Медь и серебро обладают относительно низкой химической стабильностью, что сильно ограничивает их области применения. Для получения химически стабильных ППП на основе металлических НН используются различные варианты защиты. Углеродные наноматериалы является одними из наиболее перспективных материалов для создания химически стабильных композитных ППП на основе металлических НН [2].
В настоящей работе представлены результаты исследования морфологии и оптоэлектронных свойств композитных ППП на основе НН А§ и углеродных нанотрубок (УНТ).
Композитные пленки получали путем напыления соответствующих водных дисперсий на стеклянные подложки. Сначала наносили слой из НН А§, синтезированных сольвотермальным методом [3], а затем защитный слой различной толщины из многостенных УНТ. В качестве исходных материалов для получения водных дисперсий были использованы нефункционализированные УНТ (1 -УНТ) и функционализированные УНТ (2-УНТ -НШз; 3-УНТ - обработка смесью НШз+ШБОД Дисперсии из УНТ получали путем их диспергирования с помощью ультразвукового гомогенизатора.
На рис. 1 представлены микрофотографии участков поверхности полученных покрытий со светопропусканием около 80%.
Рис. 1. Микрофотографии СЭМ композитных покрытий на основе НН Ag и различных УНТ:
(а) - 1-УНТ, (б) - 2-УНТ, (в) - 3-УНТ
Видно, что морфология поверхности полученных образцов сильно различается. В случае использования нефункционализированных УНТ наблюдается плохая изоляция НН Л§. При нанесении функционализированных УНТ на поверхности покрытия из НН Л§ происходит формирование достаточно равномерной и плотной углеродной пленки. Стоит отметить, что в структуре образца 2-УНТ просматривается формирование макропористой структуры из УНТ, в то время как в образце 3-УНТ образование каких-либо пор не наблюдается.
Влияние природы и количества наносимых УНТ на значение поверхностного сопротивления и светопропускание формируемых покрытий на основе НН А§ представлено на рис. 2.
10004
S О
100-
• 1-УНТ
* 2-УНТ ■ 3-УНТ
117 Ом/кв
70 80
Прозрачность (Х!5П, %)
Рис. 2. Влияние толщины слоя различных УНТ на характеристики пленок из НН Ag
Из представленных зависимостей видно, что для образца 1-УНТ с увеличением толщины слоя УНТ наблюдается монотонное линейное уменьшение поверхностного сопротивления и
светопропускания. Для образцов 2-УНТ и 3-УНТ увеличение толщины слоя УНТ сначала приводит к резкому снижению поверхностного сопротивления, а затем не оказывает никакого влияния. Характер данных зависимостей обусловлен тем, что функционализированные УНТ обладают более низкой проводимостью, чем
нефункционализированные. Проводя сравнения оптоэлектронных свойств полученных покрытий, наилучшие результаты при прозрачности 80% продемонстрировал образец 3-УНТ. Таким образом, показано, что использование пленок из функционализированных УНТ подходит для использования их в качестве защитного покрытия для ППП из НН Ag. Применение УНТ позволяет не только защитить НН Ag, но и снизить расход серебра при создании ППП.
Исследования выполнены на оборудовании ЦКП им. Д.И. Менделеева по гранту Минобрнауки РФ №13.ЦКП.21.0009.
Список литературы
1. He L., Tjong S.C. Nanostructured transparent conductive films: Fabrication, characterization and applications // Materials Science and Engineering: R: Reports. 2016. V.109. РР. 1 - 101.
2. А.Н. Морозов, А.Ю. Крюков, К.А. Потапова, А.В. Колесников, А.В. Десятов, В.А. Колесников. Композиционные токопроводящие покрытия для прозрачных электродов // Успехи в химии и химической технологии. - 2016. - ТОМ XXX, № 2. -С. 36-38.
3. Перунова Е.Ю., Морозов А.Н. Влияние условий сольвотермального процесса на морфологию получаемых наночастиц серебра успехи в химии и химической технологии // Успехи в химии и химической технологии. Т.34. №4. С. 40 - 42.
