Новая технология покрытия повышает проводимость серебряных нанопроводов

a) Тест на влажность и стабильность AgNWs-PVP и AgNWs-EG в условиях 85°C и 85% влажности. Просвечивающая электронная микроскопия с энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией (TEM-EDS) b) AgNWs-PVP и c) AgNWs-EG после ускоренного испытания на долговечность. TEM-изображение d, e) AgNWs-PVP и f) AgNWs-EG после ускоренного испытания. Автор: Angewandte Chemie International Edition (2025). DOI: 10.1002/anie.202518337

Исследователи из Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST) представили простой, но эффективный метод замены изолирующего покрытия — поливинилпирролидона (PVP) — на серебряных нанопроводах (AgNWs), что обеспечивает значительно лучшую электропроводность и повышенную долговечность. Это открытие прокладывает путь для создания гибких, складных и сворачиваемых электронных устройств с использованием прозрачных электродов на основе AgNW.

Под руководством профессора Тэ-Хёка Квона с кафедры химии UNIST, в сотрудничестве с доктором Чжи Хун Со из Исследовательского института электроэнергии Кореи (KEPRI), профессором Ынэ Чо из KAIST и профессором Сан-Вон Паком из Университета Сувон, исследовательская группа успешно разработала простой растворный метод центрифужного напыления для замены традиционного изолирующего PVP-покрытия на AgNWs. Этот подход одновременно улучшает как производительность, так и долговечность.

AgNWs — это металлические нити, в тысячи раз более тонкие, чем человеческий волос, расположенные в сеть, которая проводит электричество, пропуская свет, что делает их идеальными для прозрачных электродов в гибких электронных устройствах. Однако при изготовлении PVP используется для стимулирования роста нанопроводов, encapsulating их поверхности. К сожалению, PVP также действует как изолятор, препятствуя эффективной электропроводности и увеличивая общее сопротивление электрода.

Исследовательская группа разработала метод легкой замены PVP на этиленгликоль (EG) с использованием простого растворного процесса. Погружая AgNWs в раствор EG и быстро вращая их, PVP-покрытие эффективно удаляется, позволяя сформироваться новому, проводящему слою. Этот слой не только улучшает электрические пути, но и защищает нанопровода от влаги и повышает прозрачность.

Профессор Квон объяснил: «Мы рассмотрели различные физико-химические свойства, такие как вязкость, летучесть и способность к водородным связям потенциальных замещающих лигандов. Этот комплексный подход позволил нам разработать эффективную технику обмена лигандами».

Замена PVP привела к снижению электрического сопротивления на 43%, почти удвоив проводимость. Более того, модифицированные электроды сохраняли высокую производительность даже в суровых условиях — при 85°C и 85% влажности — и показали небольшое увеличение светопропускания, позволяя производить более яркие и прозрачные электроды.

Используя эти улучшенные электроды, команда создала прозрачные нагреватели, которые продемонстрировали более чем на 35% более высокую производительность нагрева по сравнению с обычными нагревателями на основе AgNW. Благодаря более низкому сопротивлению эти нагреватели достигали температур 140°C–145°C в течение всего шести минут после включения, превосходя предыдущий максимум в 102°C.

Доктор Со из KEPRI заявил: «В то время как традиционные силовые кабели защищены внешней изоляцией для обеспечения электрической стабильности, изолирующее PVP-покрытие на AgNWs создавало проблему, увеличивая сопротивление. Новый метод обмена лигандами предоставляет простое, масштабируемое решение без сложной обработки или высокотемпературных обработок. Эта технология имеет большой потенциал для применений в гибких дисплеях, носимых датчиках, электронной бумаге и прозрачных нагревательных устройствах в электронике следующего поколения».

Серебряные нанопровода считаются одним из наиболее перспективных материалов для гибкой электроники благодаря сочетанию высокой проводимости и прозрачности. Их потенциальное применение включает в себя сенсорные экраны, OLED-дисплеи и даже «умные» окна, которые могут затемняться по команде.