Sintesis yang Mudah dari Kawat Nano Tembaga Ultralong dan Tipis serta Penerapannya pada Elektroda Konduktif Transparan Fleksibel Berkinerja Tinggi
Abstrak
Metode hidrotermal untuk mensintesis kawat nano tembaga ultrapanjang dan tipis (CuNWs) dengan diameter rata-rata 35 nm dan panjang rata-rata 100 μ m ditunjukkan dalam makalah ini. Bahan baku yang dimaksud antara lain kopri (II) klorida dihidrat (CuCl2 ·2H2 O), octadecylamine (ODA), dan asam askorbat, yang semuanya sangat murah dan tidak beracun. Pengaruh waktu reaksi yang berbeda dan rasio molar yang berbeda terhadap produk reaksi telah diteliti. CuNW yang disiapkan dengan metode hidrotermal diterapkan untuk membuat elektroda konduktif transparan (TCE) CuNW, yang menunjukkan kinerja konduktivitas-transmisi yang sangat baik dengan resistansi lembaran rendah 26,23 \(\Omega /\persegi \) dan transparansi tinggi pada 550 nm sebesar 89,06% (tidak termasuk substrat Polyethylene terephthalate (PET)). Proses fabrikasi elektroda dilakukan pada suhu kamar, dan tidak perlu dilakukan pasca perawatan. Untuk mengurangi kekasaran dan melindungi TCE CuNW agar tidak teroksidasi, kami membuat TCE hibrida CuNW/poli(metil metakrilat) (PMMA) (HTCE) menggunakan larutan PMMA. HTCE CuNW/PMMA menunjukkan kekasaran permukaan dan stabilitas kimia yang rendah dibandingkan dengan TCE CuNW.
Latar Belakang
Elektroda konduktif transparan (TCEs) adalah bagian yang sangat penting dalam banyak perangkat optoelektronik termasuk dioda pemancar cahaya organik (OLED), sel surya, layar kristal cair, layar panel datar, sensor dan sebagainya [1-7]. Indium timah oksida (ITO) adalah salah satu TCE yang paling umum digunakan dalam industri, yang memiliki resistivitas rendah (\(\sim \thinspace \!\!10-30 \Omega /\square \)) pada transparansi optik tinggi (90% ) [8]. Sangat disayangkan bahwa indium merupakan unsur logam langka dan kelimpahannya di kerak bumi sangat rendah, yang menyebabkan harga ITO menjadi semakin mahal [8–10].
Oleh karena itu, para peneliti telah melakukan banyak upaya untuk mengembangkan beberapa bahan baru untuk menggantikan sebagian ITO. Kandidat ini harus memiliki biaya rendah, konduktivitas tinggi, transmitansi tinggi, dan fleksibilitas yang sangat baik dan dapat disimpan pada suhu rendah. Di antara kandidat tersebut, kawat nano metalik sangat menjanjikan. Studi terbaru telah melaporkan penggunaan kawat nano perak (AgNWs); elektroda transparan berdasarkan AgNWs telah dilaporkan bersaing dengan baik dengan ITO [11-19]. Namun, perak adalah logam mulia, dan harganya yang mahal tidak boleh diabaikan. Sebagai hasil dari meningkatnya permintaan untuk kawat nano logam berbiaya rendah, tembaga telah mendapat perhatian yang cukup besar sebagai alternatif yang menarik untuk perak. Tembaga hampir sama konduktifnya dengan perak, karena resistivitas massal tembaga adalah 1,67 nΩ ·m , sedangkan perak adalah 1,59nΩ ·m [20]. Selain itu, tembaga jauh lebih melimpah dan jauh lebih murah daripada perak dan ITO. Berdasarkan fakta ini, semakin banyak perhatian diberikan pada kawat nano tembaga (CuNWs).
Dengan demikian, berbagai metode untuk mempersiapkan CuNWs telah dipelajari, seperti deposisi uap kimia, deposisi elektrokimia, template, dan proses membran [21-26]. Namun, metode ini melibatkan beberapa proses yang kompleks dan memerlukan reagen kimia beracun atau katalis yang berharga. Mungkin, metode hidrotermal tampaknya menjadi salah satu cara sederhana untuk produksi CuNWs. Zhang dkk. CuNWs (atau nanorod tembaga) yang disiapkan dengan diameter sekitar 50 nm dan panjangnya mencapai> 10 μ m melalui sintesis hidrotermal dengan asam askorbat sebagai reduktor dan polivinil pirolidon (PVP) sebagai capping agent pada suhu yang relatif rendah [27]. Wang dkk. menyiapkan CuNWs ultralong dengan diameter seragam sekitar 800-1000 nm dan panjang khas beberapa puluh mikrometer dengan menerapkan asam askorbat sebagai reduktor dan agen capping [28]. Menggunakan octadecylamine (ODA) baik sebagai agen pereduksi lunak dan agen adsorpsi, Shi et al. diperoleh CuNWs ultralong dengan panjang hingga beberapa milimeter dan diameter 30-100 nm [29]. Melinda Mohl dan rekan kerja menerapkan tembaga klorida dan glukosa dengan adanya hexadecylamine (HDA), berhasil menyiapkan beberapa CuNWs panjang dengan diameter seragam 64 ± 8 nm dan panjang beberapa mikrometer [30]. Aziz dkk. menguraikan metode hidrotermal sederhana untuk menghasilkan CuNWs dengan panjang dua puluh mikrometer dengan menggunakan HDA dan kalium bromida sebagai agen capping [31]. Kim dkk. melaporkan strategi sintetik yang dimediasi benih untuk produksi CuNW, dan beberapa gambar pemindaian mikroskop elektron (SEM) pada CuNW menunjukkan bahwa diameter rata-rata adalah 21,9 ± 3,8 nm, dan panjang maksimum adalah 77,1 μ m [32].
Dibandingkan dengan CuNWs, fabrikasi pada CuNW TCEs jarang dipelajari, karena ketidakstabilan dan fitur yang mudah teroksidasi sering menyebabkan film CuNW menjadi non konduktif. Wiley dan rekan kerjanya telah mencapai hasil yang baik dalam persiapan CuNWs dan CuNW TCEs. Pada tahun 2010, ini adalah pertama kalinya mereka menyiapkan CuNW TCEs pada substrat fleksibel dengan resistansi lembaran 30 \(\Omega /\square \) pada transmitansi specular 85% melalui pelapisan batang Meyer [33]. Pada tahun 2014, Mereka meningkatkan cara untuk menghasilkan CuNW dan kemudian membuat TCE CuNW dengan transmitansi> 95% pada resistansi lembaran < 100 \(\Omega /\square \) [34]. Kelompok Simonato memperlakukan CuNWs dengan asam asetat glasial untuk membuat TCE CuNW fleksibel yang menunjukkan ketahanan lembaran 55 \(\Omega /\square \) pada transmisi 94% (λ =550 nm) dengan cara penyaringan vakum [20]. Chu dkk. menyiapkan TCE CuNW dengan 52,7 \(\Omega /\square \) pada T =90% (λ =400-700 nm) menggunakan lapisan semprot, yang tidak konduktif sebelum anil dalam tungku selama 2 jam dalam atmosfer 75% argon dan 25% hidrogen [35]. Namun, terlepas dari upaya ini, TCE berbasis CuNW masih menghadirkan sejumlah keterbatasan yang mencegah penggunaannya secara luas. Satu masalah adalah kekasaran permukaannya yang tinggi ketika diendapkan pada substrat kosong dan masalah lainnya adalah bahwa CuNWs memiliki potensi oksidasi dan stabilitas kimia yang rendah.
Salah satu cara untuk meningkatkan kinerja film kawat nano adalah dengan menggunakan kawat nano dengan aspek rasio yang lebih tinggi [34]. CuNW pendek dan kasar tidak cocok untuk preparasi TCE. Misalnya, CuNW dengan diameter sekitar 50 nm dan panjang sekitar 10 μ m diusulkan dalam Ref. [27] terlalu pendek untuk menyiapkan TCE berkualitas tinggi. Perlu dicatat bahwa CuNW yang terlalu panjang juga tidak cocok untuk persiapan TCE, karena terlalu mudah untuk berkumpul dan tidak dapat terdispersi dengan baik. Misalnya, panjang CuNW yang diusulkan dalam [29] mencapai beberapa milimeter, dan banyak dari CuNW yang digabungkan bersama [29]. Panjang dan diameter sedang dari CuNW sangat penting untuk TCE CuNW berkualitas tinggi. Dalam makalah ini, pendekatan hidrotermal sederhana untuk sintesis CuNWs tipis, terdispersi dengan baik, dan ultralong dengan diameter rata-rata 35 nm dan panjang rata-rata 100 μ m dilaporkan, di mana ODA, asam askorbat, dan kopri (II) klorida dihidrat (CuCl2 ·2H2 O) terlibat. CuCl2 ·2H2 O menyediakan sumber tembaga, asam askorbat digunakan sebagai zat pereduksi, dan ODA dipilih sebagai zat penutup. Panjang dan diameter CuNW dipengaruhi oleh waktu reaksi, rasio molar ketiga obat, dan kami akan mengungkapkan efek dari faktor-faktor ini. CuNW yang sangat panjang dan tipis digunakan untuk membuat TCE CuNW pada suhu kamar. Resistansi lembaran dari CuNW TCE serendah 26,23 \(\Omega /\square \) pada transmisi 89,06% (λ =550nm). Untuk mengurangi kekasaran CuNW TCEs dan mencegah CuNWs teroksidasi, poli(metil metakrilat) (PMMA) dilapisi pada permukaan CuNW TCEs untuk mempersiapkan CuNW/PMMA hybrid TCEs (HTCEs), dan efek PMMA pada transmitansi dan kekasaran dari TCE CuNW ditunjukkan.
Eksperimental
Sintesis CuNWs
Dalam proses khas untuk mensintesis CuNW, asam askorbat 140 mg (C6H8O6 , Aladdin) dan 270 mg CuCl2 ·2H2 O (Aladdin) ditambahkan ke 282 ml ODA (26,3 mmol L
−1
) larutan air. Konsentrasi molar asam askorbat dan CuCl2 ·2H2 O adalah 2,8 mmol L
−1
dan 5,6 mmol L
−1
, masing-masing. Larutan campuran berubah menjadi suspensi homogen setelah 60 menit pengadukan penyegelan suhu normal. Selanjutnya, suspensi yang diperoleh dipindahkan ke dalam autoklaf berlapis Teflon dan disegel selama 20 jam pada suhu 120 °C. Reaktor kemudian didinginkan sampai suhu kamar secara alami. Bahan kimia berlebih dihilangkan dengan mencuci dengan air deionisasi dan etanol. Produk akhir disimpan dalam 130 ml asam asetat glasial (Aladdin) untuk menghindari oksidasi CuNWs.
Fabrikasi TCE CuNW dan HTCE CuNW/PMMA
TCE CuNW dibuat pada substrat Polyethylene terephthalate (PET) (188 μ m ketebalan). Sejumlah kecil larutan asam asetat glasial yang mengandung CuNWs diencerkan dengan air deionisasi 500 ml. TCE dibentuk pada suhu kamar dengan penyaringan dispersi CuNWs pada membran filter campuran selulosa ester (MCE) (0,45 μ M). Film yang diendapkan kemudian dipindahkan ke substrat PET dengan menerapkan tekanan yang seragam. Membran filter MCE dikupas untuk menjaga jaringan CuNW pada substrat PET. 100 ul larutan PMMA (20 mg/ml) dilapiskan ke permukaan CuNW TCEs menggunakan spin coater pada 800 rpm selama 5 detik dan 2500 rpm selama 30 detik. CuNW/PMMA HTCE dikeringkan secara alami tanpa sintering termal.
Karakterisasi Struktural, Optik, dan Elektrikal
Morfologi dan dimensi CuNW yang disintesis diselidiki oleh SEM (JSM-7500F, JEOL) dan mikroskop elektron transmisi (TEM) (FEI-TECNAL G20). Gambar morfologi permukaan CuNW dianalisis dengan mikroskop optik (BX51M, OLYMPUS). Transmitansi CuNW TCE dan CuNW/PMMA HTCE ditentukan oleh spektrofotometer UV (GZ502A, Shanghai shine Photoelectric Technology Co., Ltd.). Kekasaran CuNW TCEs dan CuNW/PMMA HTCEs ditentukan dengan mikroskop gaya atom (AFM) (Dimension Edge, BRUKER). Pola difraksi sinar-X serbuk (XRD) dari CuNW dilakukan dengan analisis XRD (Bruker, BRUKER OPTICS).
Dua lembar film aluminium (Al) diendapkan pada kedua ujung CuNW/PMMA HTCE atau CuNW TCE, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1. Jarak antara dua sisi dalam film aluminium ditandai sebagai panjang L , dan jarak antara dua sisi lain dari TCE ditandai sebagai lebar W . Hubungan perlawanan R film dan resistansi lembarannya Rs dibatasi oleh rumus sebagai berikut [36]:
Gambar fotografi dan ilustrasi skema proses pengujian resistensi. Kiri adalah gambar fotografi proses pengujian resistensi, dan kanan menunjukkan ilustrasi skema panjang dan lebar TCE
Resistansi CuNW TCE dan CuNW/PMMA HTCE diukur dengan multimeter dan lembar resistansi yang sesuai disimpulkan dari resistansi dengan bantuan Rumus (1). Misalnya, resistansi CuNW/PMMA HTCE adalah 65,9 Ω , seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1, L adalah 19,2 mm dan L adalah 27,6 mm, masing-masing. Kemudian, dapat disimpulkan bahwa resistansi lembaran dari HTCE CuNW/PMMA pada Gambar 1 adalah 94.7 \(\Omega /\square \).
Hasil dan Diskusi
Sintesis CuNWs
Dalam karya ini, CuNW terdispersi dengan baik dengan diameter rata-rata 35 nm, panjang rata-rata 100 μ m, dan rasio aspek sekitar 2857 disintesis dengan reduksi CuCl2 ·2H2 O dengan asam askorbat melalui proses reduksi hidrotermal. ODA bertindak sebagai agen capping dalam proses pertumbuhan CuNWs. Ketiga bahan tersebut semuanya sangat murah, sehingga biaya pembuatan CuNWs sangat rendah. Waktu reaksi yang berbeda dan rasio molar yang berbeda akan menghasilkan produk yang berbeda, dan kami akan membahas faktor-faktor ini dalam subbagian berikut.
(A) Karakterisasi CuNWs
CuNWs disiapkan dengan metode di subbagian "Sintesis CuNWs" dari bagian "Eksperimental". Foto CuNW yang diperoleh ditunjukkan pada Gambar 2a. Morfologi dan dimensi CuNW yang sesuai ditunjukkan oleh SEM pada Gambar 2b, c. Hal ini ditunjukkan pada Gambar. 2b, c bahwa produk akhir terdiri dari sejumlah besar CuNW dengan diameter rata-rata 35 nm dan panjang rata-rata 100 μ m, sehingga menampilkan rasio aspek sekitar 2857. NW panjang dengan rasio aspek tinggi diperlukan untuk mencapai konduktivitas dan transmitansi listrik yang tinggi dalam struktur web berbasis NW, karena memungkinkan jalur yang sepenuhnya saling terhubung dan sangat konduktif bahkan dengan kepadatan nanowire [37, 38]. Akibatnya, metode yang disebutkan di atas dapat diterapkan untuk produksi CuNW yang seragam. CuNW yang tipis dan seragam ini memungkinkan untuk menyiapkan TCE CuNW berkinerja tinggi. Gambar 2d menggambarkan pola XRD dari drop-cast CuNWs pada substrat silikon. CuNWs diidentifikasi berdasarkan tiga puncak difraksi yang dapat dibedakan pada 43.316, 50.448, dan 74.124, sesuai dengan {1 1 1}, {2 0 0}, dan {2 2 0} bidang kristal tembaga kubik berpusat muka, masing-masing . Intensitas {1 1 1} bidang kristal tembaga kubik berpusat muka lebih tinggi daripada yang lain menunjukkan pengayaan {1 1 1} bidang kristal CuNWs. Hasilnya juga menunjukkan bahwa atom tembaga pertama kali diendapkan pada {1 1 1} segi, menyebabkan CuNWs satu dimensi (1-D). Tidak ada sinyal dari pengotor seperti CuO dan Cu2 O diamati dalam pola XRD, yang menunjukkan CuNW murni diperoleh.
Struktur CuNWs. a CuNWs disiapkan dalam asetat. b Gambar SEM dari CuNWs dari pandangan umum. c Gambar SEM dari CuNWs dari tampilan rinci. d Pola bubuk XRD dari CuNWs yang diteteskan pada substrat silikon
Gambar 3a, b menunjukkan gambar TEM dari CuNW ultra-panjang dengan diameter sekitar 35 nm. Kita dapat mengamati bahwa permukaan kawat nano tembaga sangat halus. Gambar 3c mengusulkan gambar TEM (HRTEM) resolusi tinggi dari CuNW. Jarak kisi diamati menjadi 0,21 nm, yang sesuai dengan bidang {1 1 1} tembaga kubik pusat muka.
Gambar TEM dan gambar HRTEM dari CuNWs. a , b Gambar TEM dari CuNWs. c Gambar HRTEM dari CuNW. Jarak kisi diamati menjadi 0,21 nm
(B) Analisis Tergantung Waktu
Untuk mengamati proses pertumbuhan CuNWs, produk diselidiki oleh SEM. Produk yang diperoleh setelah 1 hingga 40 jam perlakuan hidrotermal pada 120 °C menunjukkan morfologi dan panjang yang berbeda. Morfologi CuNWs dengan waktu reaksi yang berbeda dipelajari dengan SEM. Gambar SEM sampel pada berbagai tahap perlakuan hidrotermal ditunjukkan pada Gambar. 4.
Gambar SEM sampel pada waktu reaksi yang berbeda dari perlakuan hidrotermal. Perbedaan waktu reaksi perlakuan hidrotermal adalah a 1 jam, b 2 jam, c 6 jam, h 14 jam, e 20 jam, dan f 40 jam
Dari Gambar 4a, dapat dilihat bahwa produk sebagian besar terdiri dari nanokubus tembaga dan hampir tidak ada CuNW yang dihasilkan ketika waktu reaksi 1 jam, yang menunjukkan sistem dominasi pertumbuhan isotropik. Alasannya adalah bahwa agen capping tidak cukup untuk menutupi semua faset {1 0 0} yang baru terbentuk pada nanocrystals tembaga pada tahap ini. Karena mekanisme pertumbuhan CuNWs belum sepenuhnya dipahami, jadi kami berspekulasi bahwa hanya sebagian kecil dari ODA yang diuapkan dan dilarutkan di bawah tekanan tinggi pada tahap awal. Oleh karena itu, tidak ada bahan penutup yang cukup untuk memastikan pertumbuhan kristal yang anisotropik.
Seiring berjalannya waktu, semakin banyak ODA yang digasifikasi untuk menghasilkan zat penutup yang cukup, dan kemudian pertumbuhan 1D pada biji nanokristal ini dalam air mengarah pada pembentukan CuNWs. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4b–d, semakin banyak bahan mentah yang berubah menjadi produk dan semakin banyak biji kristal nano yang diubah menjadi CuNW ketika waktu berjalan dari 2 hingga 14 jam. Sementara itu, kita dapat melihat bahwa panjang CuNWs menjadi lebih panjang dan lebih panjang dalam kisaran 2 hingga 14 jam, dan rata-rata panjang CuNWs adalah sekitar 25, 60, dan 80 μ m pada Gambar. 4b–d, masing-masing. CuNW sangat tipis dan diameter rata-ratanya hanya sekitar 35 nm. Ketika CuNW lebih panjang dari 100 μ m, mereka menjadi mudah patah, sehingga panjangnya tidak lagi bertambah. Gambar 4e, f menunjukkan bahwa panjang dan diameter CuNW tidak berubah secara signifikan dalam waktu 20 hingga 40 jam.
(C) Jumlah Asam Askorbat
Asam askorbat dipilih sebagai reduktor dalam sintesis CuNWs. Untuk mengetahui pengaruh jumlah asam askorbat terhadap morfologi CuNWs, jumlah air deionisasi, ODA, dan CuCl2 ·2H2 O difiksasi dan jumlah asam askorbat diubah. Setelah 20 jam pemanasan dalam autoklaf berlapis Teflon tertutup pada 120 ° C, larutan yang diperoleh dicuci dengan air deionisasi dan etanol. Produk akhir diamati dengan bantuan mikroskop optik.
Rumus struktur kimia asam askorbat dapat ditulis seperti ditunjukkan pada Gambar 5. Ada empat hidroksil (-OH) dalam satu molekul asam askorbat, yang bertindak sebagai gugus fungsi dalam reaksi reduksi ini, dan ada satu Cu
2 +
dalam satu CuCl2 ·2H2 O molekul, sehingga dapat diasumsikan bahwa rasio molar optimum asam askorbat dan CuCl2 ·2H2 O adalah 0,5:1. Gambar 6 menunjukkan gambar mikroskop optik produk akhir dengan rasio molar asam askorbat dan CuCl yang berbeda2 ·2H2 O. Ketika rasio molar adalah 0,5:1, jumlah terbesar CuNWs diproduksi (Gbr. 6b) dan jumlah nanopartikel tembaga (CuNPs) relatif jauh lebih kecil. Saat rasio molar dinaikkan menjadi 1:1 atau 2:1, semakin banyak CuNP yang muncul pada gambar mikroskop optik (Gbr. 6c, d). Pada rasio molar 2:1, produk mengandung sejumlah besar CuNP dan hampir tidak ada CuNW yang terbentuk. Ini mungkin karena CuNWs tumbuh dari biji multi-kembar. Namun, benih kembar ganda tidak stabil pada tahap awal jika {1 0 0} seginya tidak tertutup dengan baik. pertumbuhan kristal pada aspek {1 0 0} dapat dengan cepat mengembangkan benih multi-kembar menjadi benih kristal tunggal, yang hanya menghasilkan CuNPs. Ketika rasio molar zat pereduksi jauh lebih besar dari nilai yang sesuai, sejumlah besar benih kembar ganda akan muncul pada tahap awal. Pada saat yang sama, ODA tidak banyak menguap, dan menyebar dalam air, mengakibatkan kurangnya zat penutup. Dalam kasus rasio 0.2:1 pada Gambar. 6a, solusinya sangat kental dan mengandung sejumlah besar ODA, yang membuatnya sangat sulit untuk memisahkan CuNWs dari larutan. Sejumlah kecil CuNP dan CuNW dihasilkan pada Gambar. 6a, dan kita dapat mengasumsikan bahwa dalam kasus ini hanya sebagian tembaga yang tereduksi karena jumlah zat pereduksi kurang dari normal.
Rumus struktur kimia asam askorbat. Ada empat hidroksil (-OH) dalam satu molekul asam askorbat, yang bertindak sebagai gugus fungsi dalam reaksi reduksi ini
Gambar mikroskop optik CuNW yang disintesis dengan rasio molar asam askorbat dan CuCl yang berbeda2 ·2H2 O. Perbedaan perbandingan molar asam askorbat dan CuCl2 ·2H2 O adalah a 0.2:1, b 0,5:1, c 1:1 dan d 2:1
Fabrikasi CuNW TCE
Metode transfer filtrasi vakum adalah metode sederhana dan skalabel untuk membuat TCE. Melalui transfer filtrasi vakum, larutan yang mengandung NW dapat diencerkan secara memadai dan didispersikan sebagai kabel individual, sehingga TCE yang disiapkan memiliki konduktivitas yang baik. Sementara itu, beberapa reagen dapat disaring, yang berguna untuk meningkatkan konduktivitas listrik TCE. Dalam pekerjaan ini, larutan asam asetat glasial yang mengandung CuNWs diencerkan dengan air deionisasi dan kemudian disaring pada membran filter MCE. Selama proses tersebut, bahan organik sisa dan oksida tembaga dapat dihilangkan, yang membantu meningkatkan konduktivitas listrik TCE CuNW.
Transmitansi TCE tergantung pada jumlah CuNW yang diendapkan pada substrat, dan akan menurun drastis ketika resistansi lembaran TCE menurun. Konduktivitas tinggi dan transmitansi tinggi dari TCE CuNW terutama dikaitkan dengan morfologi CuNW seperti panjang panjang, diameter kecil, tidak adanya NP dan bahan organik sisa lainnya [39-41]. Dalam pekerjaan ini, kami memilih waktu reaksi sebagai 20 jam dan rasio molar asam askorbat dan CuCl2 ·2H2 O sebagai 0,5:1. Tabel 1 mencantumkan resistansi dan transmisi sheet (tidak termasuk substrat PET) pada 550 nm untuk lima TCE CuNW. Fakta bahwa transmisi yang lebih tinggi terkait dengan resistansi lembaran yang lebih rendah sejalan dengan pengamatan yang ada. Transmisi pada jangkauan yang lebih luas (λ =366–741 nm) untuk lima sampel diusulkan pada Gbr. 7. Gambar fotografis sampel C juga ditunjukkan pada Gbr. 7, yang transmitansinya 89,06% pada 550 nm (tidak termasuk substrat PET).
Spektrum transmisi (366–741 nm) dari TCE CuNW dengan berbagai resistansi lembaran. Resistensi lembaran dan transmitansi dari lima sampel pada 550 nm tercantum dalam Tabel 1. Gambar fotografis CuNW TCE ditunjukkan, yang transmitansinya pada 550 nm adalah 89,06% dengan syarat bahwa efek PET dikecualikan
Fabrikasi CuNW/PMMA HTCE
Meskipun TCE CuNW memiliki banyak keunggulan, beberapa kekurangan fatal tidak dapat diabaikan, termasuk kekasaran yang tinggi dan stabilitas kimia yang rendah, yang membatasi aplikasinya. Untuk mengatasi masalah ini, kami membuat CuNW/PMMA HTCEs dengan spin coating larutan PMMA 20 mg/ml untuk mengurangi kekasaran dan mencegah oksidasi CuNWs. Sifat-sifat CuNW TCEs dan CuNW/PMMA HTCEs dibandingkan. Gambar 8a, b masing-masing menunjukkan grafik transmitansi dan perubahan konduktivitas CuNW TCE dan CuNW/PMMA HTCE pada substrat PET. Gambar 8a menunjukkan bahwa CuNW TCE dan CuNW/PMMA HTCE memiliki spektrum transmitansi yang serupa. Dari Gambar 8b, kita dapat melihat bahwa resistansi lembaran dari CuNW TCE dan CuNW/PMMA HTCE juga mirip satu sama lain ketika baru saja disiapkan. Resistensi lembaran CuNW TCE meningkat pesat dari 32,1 \(\Omega /\persegi \) menjadi 93,5 \(\Omega /\persegi \) setelah 3 jam. Namun, resistensi lembaran CuNW/PMMA HTCE menunjukkan peningkatan yang lambat, yang hampir tidak berubah ketika 50 jam berlalu dan tetap sangat rendah (74 \(\Omega /\square \)) ketika 72 jam berlalu. Stabilitas meningkat secara signifikan setelah CuNW TCE dilapisi dengan PMMA untuk membentuk CuNW/PMMA HTCE. Dengan demikian, lapisan PMMA secara efektif melindungi CuNW dari kelembaban dan oksigen.
Perbandingan sifat optoelektronik dari CuNW TCE dan CuNW/PMMA HTCE. a CuNW TCE dan CuNW/PMMA HTCE memiliki spektrum transmitansi yang serupa. b Perubahan resistansi lembaran CuNW dan CuNW/PMMA HTCE yang disimpan dalam kondisi sekitar selama 72 jam
Seperti disebutkan di atas, kekasaran besar tidak kompatibel dengan berbagai aplikasi dan dapat menyebabkan korsleting pada perangkat elektronik. Oleh karena itu, permukaan yang halus sangat penting untuk aplikasi praktis perangkat optoelektronik. Kami menyematkan CuNWs dalam film PMMA untuk mengurangi kekasaran. Gambar 9 menunjukkan gambar topografi AFM dari CuNW TCE dan CuNW/PMMA HTCE. Pada Gambar. 9a, topografi permukaan CuNW TCE relatif kasar, yang kekasaran permukaan root-mean-square (RMS) adalah 31,2 nm. Pada Gambar. 9b, topografi permukaan HTCE CuNW/PMMA tampak sangat halus, dengan kekasaran permukaan RMS 4,8 nm. Jelas bahwa film PMMA berlapis spin dapat sangat mengurangi kekasaran permukaan film CuNW karena larutan PMMA dapat mengisi lubang di antara kisi-kisi acak CuNW.
Gambar topografi AFM a CuNW TCE dan b CuNW/PMMA HTCE. Gambar kiri adalah gambar AFM asli, dan gambar kanan menunjukkan kekasaran permukaan RMS
Kesimpulan
Sebuah metode hidrotermal untuk mensintesis CuNWs ultralong dan tipis diusulkan dalam makalah ini. Diameter rata-rata CuNW adalah sekitar 35 nm, dan panjang rata-rata sekitar 100 μ m, dan rasio aspek yang sesuai adalah sekitar 2857. Bahan baku yang bersangkutan termasuk CuCl2 ·2H2 O, ODA dan asam askorbat, yang semuanya sangat murah dan tidak beracun. Pada proses hidrotermal, CuCl2 ·2H2 O menyediakan sumber tembaga, asam askorbat bertindak sebagai zat pereduksi, dan ODA digunakan sebagai zat penutup.
CuNW TCE dibuat oleh CuNW yang disiapkan dengan metode hidrotermal. Hasil terbaik yang kami capai untuk TCE CuNW adalah Rs =26,23 \(\Omega /\square \) untuk T=89,06% pada 550 nm (tidak termasuk substrat PET). Proses fabrikasi TCE dilakukan pada suhu kamar, dan tidak memerlukan post-treatment seperti thermal annealing dan opto-thermal heating. Untuk mengurangi kekasaran dan mencegah oksidasi CuNW TCEs, kami membuat CuNW/PMMA HTCEs. Eksperimen menunjukkan bahwa CuNW/PMMA HTCE memiliki kekasaran yang lebih rendah dan aktivitas antioksidan yang lebih tinggi dibandingkan dengan CuNW TCE.
