Meningkatkan Konduktor Transparan Fleksibel: Perawatan Pasca UV pada Jaring Mesh Nanokawat Tembaga
Abstrak
Nanokawat tembaga memiliki potensi untuk mencapai dan bahkan melebihi performa oksida timba timah indium (ITO) sebagai elektroda konduktor transparan fleksibel. Namun, untuk produksi skala besar, mereka perlu diproduksi dengan cara yang cepat dan murah tanpa mengurangi substrat fleksibel. Salah satu hambatan utama terletak pada perawatan pasca yang digunakan untuk menghilangkan sisa organik dari permukaan nanokawat setelah pembentukan elektroda transparan, yang diperlukan untuk mendapatkan performa optoelektronik yang tinggi. Di sini, kami mengusulkan iradiasi ultra-violet dan kemudian pemandian asam asetat sebagai perawatan pasca yang mudah, dapat diskalakan, dan cepat. Setelah hanya 2 menit perawatan ultra-violet, diikuti 10 menit pemandian asam, diukur Rs sebesar 42 Ω sq⁻¹ dan T550 nm sebesar 87%. Selain itu, elektroda nanokawat tembaga mempertahankan transparansi tinggi pada rentang 750–2500 nm, yang menjadikannya kandidat yang baik untuk aplikasi seperti sel surya infra merah.
Latar Belakang
Penggunaan elektroda konduktor transparan (TCE) sangat penting dalam banyak perangkat sehari-hari seperti layar sentuh, tampilan, sel surya, dan dioda pemancar cahaya. Persyaratan untuk komponen ini adalah properti optoelektronik yang luar biasa yang sesuai dengan aplikasi yang diinginkan dan metode produksi skala besar dengan biaya rendah. Transparansi TCE pada panjang gelombang 550 nm, T550 nm, biasanya sekitar 90%. Resistansi permukaan mereka, Rs, dapat bervariasi dari ≤ 20 Ω sq⁻¹ untuk sel surya hingga ≥ 100 Ω sq⁻¹ untuk layar sentuh kapasitif.
Saat ini, oksida timba timah indium (ITO) adalah material yang paling umum untuk TCE tetapi memiliki beberapa kekurangan. Biayanya mahal karena kekurangan indium dan proses penyetoran uap fisik yang lambat. Selain itu, ITO rapuh, yang menghambat penggunaannya untuk aplikasi organik, fleksibel, atau dapat dibengkokkan. ITO terbentuk mikro-retakan setelah beberapa siklus pengulangan, yang secara signifikan mengurangi konduktivitas listrik TCE. Untuk mengatasi masalah ini, peneliti telah berfokus pada berbagai material alternatif seperti polietilendioksitiofena polistirensulfonat, grafen, nanobatang karbon, nanokawat perak (NW), dan nanokawat tembaga (Cu NW). Yang terakhir adalah salah satu material yang paling menjanjikan karena keberadaan tembaga yang melimpah, biaya rendah, dan konduktivitas elektron yang tinggi. Selain itu, nanokawat tembaga dapat difabrikasi melalui sintesis kimia basah skala besar dengan biaya rendah dan disetapkan dengan proses roll-to-roll (atau gulir-ke-gulir, R2R) yang cepat dan murah. Akhirnya, fleksibilitas yang tinggi memungkinkan TCE untuk mempertahankan performa stabil bahkan setelah 1000 siklus pengulangan.
Sintesis kimia nanokawat tembaga melibatkan agen pelapis, generalmente alilamina seperti oleilamina (OM), okadekilamina, heksadekilamina, atau etilenediamin, yang membuat partikel nanopartikel tembaga tumbuh secara anisotropis. Rasio aspek nanokawat (panjang/diameter) sangat penting karena semakin tinggi rasio ini, semakin rendah fraksi area yang tertutupi nanokawat yang diperlukan untuk mendapatkan jaringan yang tersambung dan semakin transparan TCE. Namun, agen pelapis ini meninggalkan sisa di permukaan nanokawat, bahkan setelah pencucian yang luas dalam pelarut yang berbeda. Selain itu, sebelum pembentukan TCE, nanokawat seringkali diserapkan dalam tinta nano menggunakan agen disperdi seperti polyvinylpirrolidon (PVP) atau nitrocelulosa. Sisa organik ini menghambat kontak nanokawat yang baik dalam film mesh, sehingga secara signifikan mengurangi konduktivitas TCE. Memang, Mutiso et al. telah menunjukkan bahwa resistansi permukaan TCE nanokawat hampir setara dengan resistansi kontak di antara nanokawat.
Akibatnya, perawatan pasca diperlukan untuk menghapus sisa organik setelah pembentukan TCE nanokawat tembaga. Secara umum, ini adalah perawatan suhu tinggi di bawah vakum, atmosfer iners, reduktif (H₂ murni), atau formasi (5% H₂–95% gas iners). Ini menghindari oksidasi tembaga sambil menghapus sisa organik dan memintal junc nanokawat. Namun, ini tidak cocok untuk produksi laju tinggi dengan biaya rendah atau substrat polimer fleksibel dengan suhu pemintalan rendah. Oleh karena itu, perawatan pasca alternatif telah diuji dan telah memberikan hasil yang sangat menjanjikan. Perawatan menggunakan asam laktat, asam klorida, asam propionat, atau asam asetat, misalnya, terbukti sangat efisien untuk menghapus sisa organik dari permukaan nanokawat tembaga tanpa merusak substrat polimer. Setelah perawatan asam asetat, Mayouse et al. memperoleh TCE yang didukung polietilena naftalena dengan nilai Rs sebesar 9 dan 55 Ω sq⁻¹ untuk T550 nm masing-masing 88 dan 94%. Menggunakan asam yang sama, Wang et al. mengembangkan TCE pada substrat polietilena tereftalat (PET) dengan Rs 30 dan 60 Ω sq⁻¹ untuk nilai T550 nm masing-masing 83 dan 90%. Selain itu, sinterisasi fotonik menggunakan pulsa lampu flash xenon memungkinkan pemintalan junc nanokawat sambil menghilangkan organik yang tidak diinginkan di udara terbuka dalam beberapa milidetik. Ding et al. melaporkan 23 Ω sq⁻¹ untuk T550 nm = 82%. Mallikarjuna et al. memperoleh Rs 110 dan 170 Ω sq⁻¹ untuk T550 nm 90 dan 95%, masing-masing. Oleh karena itu, meskipun sinterisasi fotonik tampak sangat menjanjikan, upaya lebih lanjut harus dilakukan untuk mendapatkan Rs < 100 Ω sq⁻¹ dengan T550 nm ≥ 90%.
Dalam karya ini, kami sintetisasi nanokawat tembaga dengan rasio aspek tinggi menggunakan OM sebagai pelarut, agen pelapis, dan agen reduksi, serta spesies nikel (II) sebagai katalis. Nanokawat kemudian disperdi dalam tinta dan dilapisi pada substrat PET fleksibel untuk membentuk TCE. Perawatan pasca diperlukan untuk mendapatkan konduktivitas tinggi (42 Ω sq⁻¹) dan transparansi (87% pada rentang terlihat). Perawatan ini melibatkan iradiasi di bawah lampu ultra-violet (UV), diikuti oleh pemandian asam asetat, yang keduanya kompatibel dengan proses R2R. TCE nanokawat tembaga yang diperlakukan UV dibandingkan dengan TCE nanokawat tembaga yang dirawat secara konvensional termal dan ITO komersial.
Bagian Eksperimen
Klorida tembaga (II) dihidrat (CuCl₂·2H₂O, ≥ 95,0% murni), asetat nikel (II) tetrahidrat (Ni(C₂H₃O₂)₂·4H₂O, ≥ 99,0% murni), OM (C₁₈H₃₇N, 70% murni), heksana anidra (C₆H₁₄, 95,0% murni), asam asetat (C₂H₄O₂, ≥ 99% murni), asetat etil (C₄H₈O₂, ≥ 99,7% murni) dan PVP ((C₆H₉NO)n, 10.000 g mol⁻¹) dibeli dari Sigma Aldrich UK. Alkohol isopropil (IPA, (C₃H₈O, ≥ 99,5% murni), substrat PET ((C₁₀H₈O₄)n, tebal 125 ± 25 μm) dan TCE ITO yang didukung kaca dibeli dari Fisher Scientific UK, Goodfellow UK, dan Optics Balzers, Liechtenstein, masing-masing. Semua kimia digunakan sebagaimana adanya.
Proses sintesis nanokawat tembaga didasarkan pada metode katalitik yang sebelumnya dilaporkan oleh Guo et al. 0,4092 g (2,4 mmol) CuCl₂·2H₂O, 0,2986 g (12 mmol) katalis Ni(C₂H₃O₂)₂·4H₂O, 25 mL OM, dan pengunci magnetik ditambahkan ke dalam kolong bundar 50 mL. Kolong ditempatkan dalam mandi minyak pada panggung pengaduk magnetik (model 3810000 RCT Basic IKAMAG, IKA) dan dihubungkan ke kolom refluuks dengan ujung atas, penggeleminyak minyak inline. Larutan pertama dipanaskan pada 90 °C selama 30 menit di bawah pengadukan 800 rpm yang kuat dan aliran N₂ konstan untuk menghilangkan O₂(g) dan sisa air. Pada tahap ini, larutan berwarna biru. Kemudian, suhu ditingkatkan ke 190 °C untuk mereduksi ion Cu²⁺ dan membentuk benih Cu⁰, dan warna larutan secara bertahap menjadi merah. Setelah 30 menit, pengadukan dihentikan dan larutan disimpan pada 190 °C di bawah N₂ selama 16 jam untuk membuat nanokawat tembaga tumbuh dari benih. Terakhir, pemanasan dihentikan dan larutan dibiarkan mendingin secara alami.
Larutan dipindahkan ke dalam vial 50 mL dan dicuci secara berturut-turut dengan heksana, IPA, asam asetat, dan IPA lagi. Dalam setiap pelarut, nanokawat tembaga di-vorteks selama 2 menit dalam mode manual (model Topmix FB15024, Fisher Scientific) dan kemudian disentrifugasi pada 4000 rpm (model AccuSpin 400, Fisher Scientific). Sentrifugasi berlangsung 20 menit dalam heksana dan 2 menit dalam pelarut lainnya. Akhirnya, nanokawat tembaga diinkorporasi ke dalam tinta yang terdiri dari 26 vol% asetat etil dan 74 vol% IPA yang mengandung 0,5 wt% PVP. Tinta nanokawat tembaga di-vorteks pada 10 Hz selama 30 menit sebelum disimpan. Konsentrasi nanokawat tembaga dalam tinta adalah 10 atau 20 mg mL⁻¹.
Sebelum pelapisan dilakukan, tinta nanokawat tembaga di-vorteks sekali lagi pada 10 Hz selama 5 menit. Untuk melapisi substrat PET 10 × 10 cm², 100 µL tinta diambil dengan mikropipet dan diletakkan pada substrat untuk membentuk garis cair lurus sejajar dengan tepi atas. Tinta segera dan dengan cepat dibentangkan di seluruh substrat PET dengan batang Meyer (N°4 dari Dyne Testing UK, memberikan film basah tebal sekitar 10,2 μm). Semua pelarut menguap setelah beberapa detik pada suhu kamar.
Dua perawatan pasca yang berbeda diterapkan pada TCE nanokawat tembaga yang baru diperoleh untuk menghapus sisa organik (OM dan PVP). Beberapa TCE mengalami perawatan termal pada 200, 210, 220, 230, 240, atau 250 °C selama 1 jam di bawah N₂ dalam oven tabung (model MTF 10/25/130, Carbolite). Yang lain mengalami iradiasi UV di udara terbuka selama 2, 4, atau 6 menit dengan lampu 430 W (model UVASPOT 400/T, Honle). Lampu dilengkapi dengan bola lampu uap merkuri (tipe H), dan jarak antara bola lampu dan sampel adalah 30 cm. Setelah perawatan termal atau UV, TCE direndam ke dalam asam asetat murni selama 10 menit untuk menghapus organik lebih lanjut dan jejak oksida yang mungkin ada.
Struktur nanokawat tembaga ditentukan menggunakan difraktometer sinar-X (XRD, model D5005, Siemens) dengan ruang konfigurasi Bragg Brentano, katoda tembaga (Kα = 0,154184 nm) dan monokromator belakang. Pola sinar-X diindeks dengan perangkat lunak DIFFRAC.SUITE EVA (Bruker AXS) yang berisi database berkas JCPDS. Mikrostruktur dan komposisi dikarakterisasi menggunakan mikroskopi elektron sem yang dilengkapi dengan gun pengasap (FEG-SEM, model XL30 SFEG, Philips) dan spektrometer energi dispersif in-situ (EDS, Oxford Instruments-AZTEC). Resistansi permukaan dan transmisi TCE diukur menggunakan teknik sond empat titik (model 3007 A, Kulicke & Soffa) dan spektrofotometer UV-Vis/NIR (model V-670, JASCO), masing-masing.
Parameter manufaktur berbagai TCE, serta ID, Rs, dan transparansi mereka, diringkas dalam Tabel 1. Namun, TCE yang memiliki Rs sangat tinggi sehingga tidak dapat diukur dengan teknik sond empat titik tidak disertakan dalam tabel ini dan tidak memiliki ID spesifik.
Hasil dan Pembahasan
Nanokawat tembaga yang disintesis dan dicuci menunjukkan rasio aspek yang tinggi sekitar 1000 (panjang dan diameter rata-rata masing-masing 70 μm dan 70 nm) dengan sangat sedikit partikel nanopartikel kubik, seperti yang terlihat pada Gambar 1a. Kehadiran yang terakhir menunjukkan reduksi kinetik Ni²⁺ yang lambat [3]. Pola XRD pada Gambar 1b membuktikan bahwa nanokawat terbuat dari tembaga dengan struktur kubik face-centered Fm3m (sejalan dengan berkas PDF 04-0836), tanpa fase sekunder yang terdeteksi dalam batas alat (sekitar 5 wt%). Khususnya, tidak ada puncak difraksi yang sesuai dengan oksida tembaga atau fase yang mengandung nikel. Kehalusan tinggi nanokawat tembaga dikonfirmasi lebih lanjut oleh spektrum EDS pada Gambar 1c. Jejak karbon dan oksigen diatribusikan pada sisa OM non-kristal karena tidak ada fase selain tembaga murni yang terungkap oleh XRD, dan diketahui sangat sulit untuk menghapus semua OM tanpa perawatan pasca. Tidak ditemukan jejak nikel dalam batas deteksi EDS (sekitar 0,1 wt%), mengonfirmasi bahwa perannya selama sintesis terutama katalitik seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Silikon sesuai dengan wafer yang mendukung nanokawat selama analisis EDS dan emas dan paladium, untuk pelapisan nano logam yang digunakan untuk meningkatkan konduktivitas sampel dan kualitas analisis.
Nanokawat tembaga baru disintesis sebelum diinkorporasi ke dalam tinta nano. a Citra SEM yang menunjukkan rasio aspek tinggi (~ 1000) nanokawat tembaga dan beberapa partikel nanopartikel tembaga kubik. b Pola XRD. c Spektrum EDS yang menunjukkan kehalusan tinggi nanokawat tembaga yang dicuci
Setelah pembentukan TCE menggunakan batang Meyer, perawatan pasca termal atau UV digunakan untuk menghapus sisa OM dan PVP dari permukaan nanokawat tembaga dan mencoba memintalnya bersama-sama. Gambar 2 menunjukkan permukaan TCE #3 di mana nanokawat membentuk jaringan yang tersambung, yang diperlukan agar TCE konduktif di seluruh permukaannya. Nanokawat tampak sangat terdisperdi, tanpa agregat atau gumpalan yang akan mengurangi transparansi TCE. Ini mengonfirmasi bahwa pelapisan batang Meyer adalah proses yang mudah, cepat, dan efisien untuk mendapatkan TCE nanokawat luas area, terdisperdi dengan baik, dan tersambung.
Citra SEM pengenalan rendah TCE #3 yang dirawat UV (2 menit) pada substrat PET: menunjukkan nanokawat tembaga yang dilapisi batang Meyer membentuk jaringan yang terdisperdi dengan baik dan tersambung
Gambar 3 menunjukkan TCE yang dirawat termal, dengan nanokawat tembaga yang dipintal (Gambar 3a) dan terenkapsulasi PET (Gambar 3b). Memang, selama perawatan termal, pemintalan nanokawat dan enkapsulasi PET adalah dua fenomena yang bersaing. Di satu sisi, panas menyebabkan pemintalan junc nanokawat tembaga, yang diharapkan akan secara signifikan meningkatkan konduktivitas TCE dengan mengurangi resistansi kontak di antara nanokawat. Di sisi lain, karena suhu transisi kaca yang rendahnya (70 °C), PET menjadi lunak selama perawatan termal. Ini menyebabkan nanokawat tembaga terenkapsulasi di dalam substrat polimer dan, sehingga, kehilangan konduktivitas. Tantangannya adalah untuk beroperasi pada suhu di mana pemintalan melebihi fenomena enkapsulasi, yang secara keseluruhan akan meningkatkan konduktivitas TCE. Ditemukan bahwa fenomena pemintalan dan enkapsulasi mendominasi pada 220 °C (TCE #1) dan 230 °C (TCE #2), masing-masing. Setelah perawatan termal pada 200 atau 210 °C, tidak ada konduktivitas yang dapat diukur karena masih ada terlalu banyak sisa organik di sekitar nanokawat tembaga dan mereka tidak dipintal bersama-sama. Akibatnya, resistansi kontak di antara nanokawat masih sangat tinggi. Dan setelah perawatan termal pada 240 atau 250 °C, tidak ada konduktivitas yang dapat diukur karena fenomena enkapsulasi terlalu penting.
Citra SEM TCE yang didukung PET yang dirawat termal. a Dipintal (TCE #1, 220 °C/1 jam). b Nanokawat tembaga terenkapsulasi PET (TCE #2, 230 °C/1 jam)
Mikrograf Gambar 4 menyajikan tampilan atas pengenalan tinggi dari TCE #3. Permukaan nanokawat tembaga tampak bersih dan tidak terenkapsulasi, membuktikan bahwa jejak OM dan PVP telah dihapus tanpa melunakkan dan merusak substrat PET. Namun, junc nanokawat tidak dipintal, yang kemungkinan disebabkan oleh energi yang lebih rendah yang diberikan oleh lampu UV yang digunakan dalam studi ini, dibandingkan lampu flash Xe daya tinggi yang digunakan oleh penulis lain. Selain itu, permukaan nanokawat tembaga sedikit kasar, yang mungkin disebabkan oleh awal oksidasi. Mengurangi jarak antara bola lampu UV dan TCE dapat memungkinkan transmisi energi yang lebih tinggi dalam waktu yang lebih singkat, dan sehingga, mencapai pemintalan nanokawat tembaga sambil menghindari oksidasinya.
Citra SEM TCE #3 yang dirawat UV (2 menit) yang menyajikan nanokawat tembaga yang tidak dipintal dan tidak terenkapsulasi
Tabel 1 menunjukkan resistansi permukaan Rs dan nilai transmisi T550 nm, T350–750 nm (rentang terlihat) dan T750–2500 nm (rentang infra merah) dari berbagai TCE nanokawat tembaga dan TCE ITO komersial yang diambil sebagai referensi. Spektrum transmisi antara 300 dan 2500 nm diberikan pada Gambar 5. Untuk semua TCE nanokawat tembaga, T550 nm dan T350–750 nm hampir identik, membuktikan bahwa T550 nm mewakili dengan baik transmisi rata-rata TCE nanokawat tembaga dalam seluruh rentang terlihat. Namun, ada perbedaan 6% antara dua parameter untuk ITO/ref., yang berarti bahwa menggunakan T550 nm sebagai gantinya T350–750 nm menghasilkan transparansi yang overestimated dalam rentang terlihat untuk jenis oksida transparan ini.
Spektrum transmisi UV-Vis/NIR antara 300 dan 2500 nm: mereka sesuai dengan TCE ITO komersial yang didukung kaca dan TCE nanokawat tembaga yang didukung PET yang dirawat termal atau UV
Sebuah Rs sebesar 25 dan 743 Ω sq⁻¹, untuk T350–750 nm sebesar 61 dan 46% diukur untuk TCE #1 dan #2, masing-masing. Ini mengonfirmasi bahwa pemintalan nanokawat mendominasi atas enkapsulasinya di dalam substrat PET pada 220 °C, sehingga mengurangi Rs. Hal yang sebaliknya terjadi pada 230 °C. Selain itu, dua alasan dapat menjelaskan nilai T350–750 nm yang rendah yang diperoleh untuk TCE #1 dan #2, dibandingkan dengan 84% untuk ITO/ref. Pertama, konsentrasi nanokawat tembaga yang tinggi dalam tinta (20 mg mL⁻¹) menyebabkan fraksi coverage area yang tinggi. Kedua, substrat PET rusak selama perawatan termal.
Seperti yang diamati untuk TCE yang dirawat UV, dua fitur utama terlihat. Pertama, meningkatkan konsentrasi nanokawat tembaga dari 10 ke 20 mg mL⁻¹ menurunkan baik resistansi permukaan maupun transparansi. Setelah perawatan UV 2 menit, Rs menurun dari 42 ke 31 Ω sq⁻¹ dan T350–750 nm yang sesuai, dari 87 ke 67%. Setelah perawatan UV 4 menit, Rs menurun dari 103 ke 49 Ω sq⁻¹ dan T350–750 nm yang sesuai, dari 89 ke 71%. Ini sejalan dengan hasil teori dan eksperimen yang sebelumnya dilaporkan: meningkatkan fraksi area yang ditutupi nanokawat menurunkan baik resistansi permukaan maupun transparansi TCE. Kedua, meningkatkan durasi iradiasi UV secara signifikan meningkatkan Rs tetapi hanya sedikit transparansi. Misalnya, dengan konsentrasi tinta 20 mg mL⁻¹, TCE #5 (2 menit), #6 (4 menit) dan #7 (6 menit) memiliki Rs sebesar 31, 49 dan 236 Ω sq⁻¹, dengan nilai T350–750 nm yang masing-masing 67, 71 dan 73%. Dan dengan konsentrasi tinta 10 mg mL⁻¹ untuk TCE #3 dan #4, Rs meningkat dari 42 ke 103 Ω sq⁻¹, dengan nilai T350–750 nm yang masing-masing 87 dan 89%. Layak dicatat bahwa performa ini cukup mirip dengan TCE yang dirawat asam Wang et al. (30 dan 60 Ω sq⁻¹ dengan T550 nm yang sesuai 83 dan 90%) [10]. Mereka juga mendekati TCE yang dirawat lampu flash Mallikarjuna et al. (110 dan 170 Ω sq⁻¹ dengan T550 nm masing-masing 90 dan 95%) [31]. TCE yang diperoleh dari tinta dengan konsentrasi 10 dan 20 mg mL⁻¹ menjadi non-konduktif setelah perawatan UV yang lebih lama dari 4 dan 6 menit, masing-masing. Terlepas dari konsentrasi tinta, Rs rendah diperoleh setelah 2 menit iradiasi UV. Ini berarti sebagian besar organik telah dihapus dan bahwa, meskipun tidak ada pemintalan, nanokawat tembaga dalam kontak intim. Ini dikonfirmasi oleh fakta bahwa transparansi setelah 2 menit sangat dekat dengan yang diperoleh setelah perawatan UV yang lebih lama. Ketika durasi iradiasi UV di udara terbuka meningkat, kemungkinan oksidasi terjadi karena kenaikan suhu. Lapisan oksida di permukaan nanokawat menjadi lebih tebal, sehingga meningkatkan resistansi kontaknya. Namun, lapisan ini tetap tipis sehingga tidak secara signifikan menurunkan transparansi. Transparansi yang cukup stabil selama rentang waktu 2–6 menit juga berarti bahwa substrat PET tidak merusak selama perawatan UV. Akibatnya, hanya fraksi area yang tinggi yang ditutupi nanokawat pada TCE #6 dan #7 (tinta 20 mg mL⁻¹) yang bertanggung jawab atas nilai T350–750 nm yang lebih rendah dari ITO/ref. Memang, dengan konsentrasi tinta 10 mg mL⁻¹, T350–750 nm untuk TCE #3 (87%) dan #4 (89%) sedikit lebih tinggi dari ITO/ref. (84%).
Selanjutnya, layak dicatat bahwa T750–2500 nm secara signifikan lebih tinggi untuk setiap TCE nanokawat tembaga dibandingkan ITO/ref. (50%). Ini dapat diamati untuk TCE termal #1 (65%) dan #2 (57%), meskipun degradasi substrat PET. Ini bahkan lebih menarik untuk TCE UV, khususnya #3 dan #4, yang memiliki nilai T750–2500 nm masing-masing 89 dan 91%. Ini berarti bahwa TCE nanokawat tembaga cocok untuk aplikasi seperti citra infra merah dan pengesanan, penyaringan elektromagnetik, telekomunikasi, atau sel surya infra merah jauh lebih baik daripada ITO, yang diketahui memiliki transmisi yang sangat rendah pada rentang infra merah.
Akhirnya, perbandingan antara hasil yang diperoleh untuk TCE nanokawat tembaga yang dirawat termal dan UV menunjukkan keuntungan dari proses terakhir. Performa yang cukup dekat diukur untuk TCE termal #1 (25 Ω sq⁻¹ dengan T350–700 nm = 61%) dan TCE UV #3 (31 Ω sq⁻¹ dengan T350–700 nm = 67%). Namun, iradiasi UV berlangsung 30 kali lebih singkat dari perawatan termal, dan tidak merusak substrat PET atau memerlukan atmosfer yang dikontrol. Selain itu, perawatan UV di udara terbuka kompatibel dengan proses R2R industri. Kerja lebih lanjut akan mempertimbangkan produksi skala besar dengan laju tinggi dan biaya rendah menggunakan platform R2R, celah slot, lampu UV, dan pemandian asam [38, 39]. Uji awal telah dilakukan pada skala laboratorium dengan pompa serin yang menyuntikkan 15 mL h⁻¹ tinta nanokawat tembaga ke dalam celah slot dan meja yang memindahkan substrat PET pada 10 mm s⁻¹. Sejauh ini, hasil yang diperoleh pada pelapisan 2 × 5 cm² telah mengindikasikan lebar shim optimal sebesar 100 μm dan jarak celah slot-substrat sebesar 80 μm.
Kesimpulan
Nanokawat tembaga dengan rasio aspek tinggi (panjang/diameter = 1000) disintesis melalui rute kimia basah yang didukung katalis. Kemudian, mereka digunakan untuk memproduksi TCE pada substrat PET fleksibel menggunakan teknik batang Meyer. Perawatan UV dan pemandian asam dilakukan untuk menghapus sisa organik dari permukaan nanokawat dan mendapatkan resistansi permukaan rendah dan transparansi tinggi. Metode ini memberikan hasil yang lebih baik daripada perawatan termal konvensional, 30 kali lebih cepat, dan tanpa perlu atmosfer yang dikontrol. 42 dan 103 Ω sq⁻¹, dengan T350–750 nm yang masing-masing 87 dan 89%, adalah performa terbaik yang diperoleh untuk TCE yang dirawat UV, yang memenuhi persyaratan untuk layar sentuh kapasitif fleksibel. Hasil yang sangat menarik adalah bahwa nilai transparansi TCE nanokawat tembaga dipertahankan pada rentang infra merah, di mana TCE ITO referensi memiliki T750–2500 nm yang sangat rendah sebesar 50%. Oleh karena itu, TCE nanokawat tembaga yang difabrikasi untuk studi ini adalah alternatif yang sangat menjanjikan untuk TCE oksida untuk aplikasi seperti citra infra merah dan sel surya infra merah. Akhirnya, tinta nanokawat tembaga dan substrat PET, serta perawatan pasca UV dan asam asetat yang digunakan dalam studi ini, kompatibel dengan proses R2R industri yang dapat diskalakan, cepat, murah.
