慧海拾贝 | 采用石墨烯-金属纳米槽网络混合结构具有高性能的可拉伸透明电极

采用石墨烯-金属纳米槽网络混合结构具有高性能的可拉伸透明电极

研究背景

随着柔性可穿戴电子技术的迅速发展，由于铟锡氧化物的脆性和铟的稀缺性，导电、透明和可拉伸薄膜被广泛研究以取代传统的铟锡氧化物(ITO)。ITO有几种潜在的替代品，如导电聚合物、碳纳米管、石墨烯、金属纳米线(mNWs)、金属栅格和他们的混合物。其中，石墨烯-纳米银混合纳米结构因其低电阻(<35 Ωsq−1)、高透光率(可见范围内>90%)以及优异的机械弯曲和拉伸性能而备受关注。这些混合材料的形成可以弥补单一材料石墨烯或纳米银的缺点，例如纳米银渗透网络在降低其模式尺寸方面的局限性，纳米银抗电击穿和化学氧化能力较弱，化学气相沉积(CVD)石墨烯具有较高的薄片电阻 (≥200Ω sq−1)。

创新点

由于石墨烯-金属槽混合纳米材料的低电阻率、低跨导和高透光率，适合用作场效应晶体管的源漏电极。所以文中使用石墨烯-金属槽混合纳米材料作为场效应晶体管传感器件的源漏电极，石墨烯作为导电沟道，制备了薄膜柔性晶体管，并且经过试验测试，传感器具备极强的可拉伸性（>20％），可重复性，以及透明性，适合装配于人体或者贴于人体表面，用来检测生理参数，甚至隐形眼镜中用于生理检测。

文章解析

图1. 石墨烯-金属纳米槽杂化结构的制备工艺及光电性能。

(a)石墨烯-金属纳米槽杂化电极制备过程示意图;(b)石墨烯-金属纳米槽杂化薄膜在PDMS衬底上的照片，比例尺为2厘米，放大的光学显微图显示在插图中(比例尺10um);(c)金属纳米槽或杂化材料的薄片电阻(Rs)随旋转时间的变化;(d)不同自旋时间制备的杂化薄膜的光学透过率(T)光谱;(e) 光学透过率T与薄片电阻r的关系；(f)不同纺丝时间制备的纳米槽或混合材料的Rs均匀性，插图给出了均匀性与r之间的关系图。

图2. 杂化图形的电学和热学性质。

(a)不同图案的石墨烯-金属纳米槽混合电极的光学显微图,比例尺:100um;(b) 薄片电阻Rs与杂化结构图案宽度的关系;(c)热加载(250°c 3 h)下金属纳米槽或混合材料的光学显微图和SEM图像；(d)纳米槽或杂化物的相对电阻随自旋时间的变化。

图3. 混合纳米结构的机械柔性和拉伸性能。

(a)包裹在不同曲率圆柱支架上的混合电极的照片,(a)右侧为混合电极对折的SEM图像;(b)相对电阻随弯曲半径的变化;(c)使用环形或方形收集器静电纺丝的独立纤维的随机网络或排列阵列示意图;(d)拉伸前后对齐金属线的光学显微图(拉伸应变:15%);(e)纳米槽和混合结构的相对电阻随应变的变化。

图4. 氧化物半导体TFT阵列的制造使用混合电极作为源/漏和互连电极。

(a)柔性透明的TFT阵列示意图(左)；透明聚酰亚胺基板上TFT阵列样品的照片(中)；TFTs扫描电镜图(右)；(b)透明TFT阵列的光学透射光谱，这里聚酰亚胺衬底的透光率被排除在外；(c)晶体管在线性(Vd=1v)或饱和(Vd=7v)状态下的传输(Id-Vg，左)和输出(Id-Vd，右)特性；(d,e)饱和(左)或线性(右)状态下迁移率和阈值电压的统计分布；(f)转移到树叶、眼镜、酒杯和人手皮肤上的TFT阵列的照片，所有比例尺均为1厘米。

PART 04
读后感

本文测量了的薄片电阻率、透光率和其他一些性能，验证了石墨烯-金属槽混合纳米材料的低电阻率、低跨导和高透光率，适合用作场效应晶体管的源漏电极。所以文中使用石墨烯-金属槽混合纳米材料作为场效应晶体管传感器件的源漏电极，石墨烯作为导电沟道，制备了薄膜柔性晶体管，并且经过试验测试，传感器具备极强的可拉伸性（>20％），可重复性，以及透明性，适合装配于人体或者贴于人体表面，用来检测生理参数，甚至隐形眼镜中用于生理检测，对隐形眼镜传感器件的制备具有指导意义。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/nl502755y