Elektroda konduktif transparan fleksibel adalah komponen penting untuk perangkat optoelektronik fleksibel dan telah dipelajari secara ekstensif dalam beberapa tahun terakhir, sementara sebagian besar penelitian berfokus pada elektroda itu sendiri, beberapa topik dalam materi hijau dan daur ulang. Dalam makalah ini, kami mendemonstrasikan elektroda konduktif transparan (TCE) kinerja tinggi, berdasarkan teknologi perengkahan kami sebelumnya, dikombinasikan dengan substrat hijau dan dapat didaur ulang, film pati. Ini tidak hanya menunjukkan R low rendah s (kurang dari 1,0 Ω sq −1 ), transparansi tinggi (> 82%, figur manfaat 10.000), tetapi juga memberikan morfologi dan daur ulang yang sangat halus. Selanjutnya, serangkaian biosensor pada sendi manusia ditunjukkan, menunjukkan sensitivitas dan stabilitas mekanis yang luar biasa.
Saat ini, perangkat elektronik telah mengalami banyak tantangan baru, seperti kompatibilitas, fleksibilitas mekanik, dan ramah lingkungan [1,2,3,4,5]. Di antara mereka, elektroda konduktif transparan (TCE) sebagai komponen penting dari perangkat tersebut juga menghadapi tantangan baru, seperti transmisi optik yang tinggi, resistansi rendah, fleksibilitas, biokompatibilitas [6], biaya rendah [7], dan daur ulang [8] . Saat ini, indium tin oxide (ITO) [9] adalah TCE yang banyak digunakan, yang merupakan film kontinu dan stabil secara kimia. Namun, kerapuhannya yang disebabkan oleh oksida logam dan biaya besar karena logam langka sangat membatasi pengembangannya di masa depan. Di sisi lain, grid graphene/logam [10, 11], misalnya, jaringan logam [12, 13] dan kawat nano logam [14,15,16,17,18,19], menghadapi masalah kerekatan dan kekasaran yang serius. Selain itu, biaya sintesis yang tinggi dan ketidakmungkinan untuk mendaur ulang membuat mereka ditahan di laboratorium.
Sebagai perbandingan, serangkaian TCE berdasarkan crack-nanonetwork (CNN) [20] telah ditemukan oleh kelompok kami, yang menghadirkan sifat optoelektronik yang brilian, figur prestasi yang tinggi, dan fleksibilitas. Dengan teknologi elektroplating [21], kami selanjutnya mewujudkan CNN fabrikasi basah sepenuhnya berdasarkan lem UV dengan ketahanan lembaran ultra-rendah (0,13 Ω sq −1 ) dan morfologi halus [22]. Saat ini, semua substrat didasarkan pada polimer non-degradasi intrinsik, menahan daur ulang logam mulia, seperti Ag dan Au. Film pati adalah bahan substrat yang transparan dan fleksibel, dan yang lebih penting, ini adalah bahan yang ramah lingkungan dan dapat terdegradasi dalam air. Jung dkk. [23] menambahkan PVA ke dalam film kanji dan membuat TCE yang fleksibel dan sekali pakai; dengan demikian, ini menunjukkan potensi besar film pati sebagai substrat.
Di sini, kami mengambil keuntungan dari kemampuan degradasi air dari film pati [24, 25] dan membuat TCE yang dapat didaur ulang, jaringan pati-Ag (SAN), melalui penyematan jaringan retak Ag kami yang dilaporkan sebelumnya dalam film pati. Melalui elektroplating, kami menurunkan resistansi lembaran (R s ) hingga kurang dari 1,0 Ω sq −1 bersama dengan transparansi optik yang tinggi (> 82%) dan figur prestasi yang tinggi (F ) lebih dari 10.000. Selain itu, karena proses fabrikasi terkelupas dan jaringan mandiri [26], SAN menghadirkan fleksibilitas yang baik, kekasaran permukaan yang rendah, dan dapat didaur ulang. Selain itu, SAN digunakan untuk mendemonstrasikan penerapannya dalam biosensor pada sendi manusia dengan sensitivitas dan stabilitas mekanis yang baik.
Gambar 1a secara skematis menyajikan proses fabrikasi SAN. Langkah 1 adalah menyiapkan template jaringan dengan metode yang ditemukan oleh kelompok kami [27]. Pertama, putih telur retak sendiri selama proses pengeringan sehingga membentuk jaringan saluran. Setelah pengendapan lapisan benih Ag dengan sputtering (langkah 2), lapisan korban hanyut. Selanjutnya, lapisan padat Ag diendapkan lebih lanjut pada permukaan jaringan logam lapisan benih melalui pengendapan elektroplating (langkah 3). Pada langkah 4, jaringan Ag ditutupi dengan film pati dengan pelapisan larutan pati yang disiapkan dan dikeringkan secara alami. Akhirnya, jaringan Ag yang tertanam dalam pati terkelupas dari kuarsa. Karena suhu gelatinisasi pati normal secara intrinsik tinggi (biasanya lebih dari 90 °C) [28], di sini sifat mekanik pati ditingkatkan dengan gelatinisasi suhu kamar.
Fabrikasi dan karakterisasi sampel SAN. a Proses fabrikasi. b Demonstrasi fleksibilitas sampel SAN. c gambar SEM. Inset menunjukkan jaringan logam yang diperbesar. d Gambar SEM miring (60 °) dari jaringan Ag yang disematkan. Inset adalah tampilan penampang jaringan Ag. e spektrum XRD. f , g Gambar AFM dari morfologi permukaan
Bahan self-cracking adalah campuran putih telur dan air deionisasi (3:1 berdasarkan volume). Template retak diperoleh dengan mencelupkan lapisan di atas larutan pada kaca (50 mm × 50 mm), kemudian dikeringkan di udara sekitar 10 menit, dan akhirnya, terjadi proses retak sendiri.
Sputtering (AJA International ATC Orion 8, USA) digunakan untuk menyimpan lapisan benih Ag (≈ 60 nm) pada template yang dapat meretak sendiri. Kemudian, lapisan korban dihilangkan dengan membilasnya dengan air deionisasi.
Cairan elektroplat Ag seratus mililiter yang terdiri dari 4 g AgNO3 , 22,5 g Na2 S2 O3 ·5H2 O, dan 4 g KHSO3 dalam air deionisasi digunakan untuk deposisi elektroplating. Bak pelapisan buatan sendiri digunakan dalam proses ini, dengan lapisan benih sebagai katoda dan batang Ag (40 mm × 40 mm) sebagai anoda. Arus untuk deposisi elektroplating adalah 10 mA. Kami mengubah ketebalan film dengan mengontrol waktu pelapisan. Akhirnya, jaringan Ag dibilas dengan air deionisasi.
Larutan pati, terdiri dari 12,5 g pati jagung, 1,25 g gliserin (10 wt%) dalam 100 ml air deionisasi, disiapkan pada 60 °C di atas hot plate, dengan pengadukan pada 500 rpm selama 30 min. Gelembung dikeluarkan dari larutan kanji dalam lingkungan vakum selama 2 jam. Larutan pati empat mililiter dicelupkan ke dalam elektroplating TCE dan kemudian dikeringkan di udara selama sekitar 20 h di bawah 30–40% RH dan 25 °C.
Film jaringan pati-Ag direndam dalam air DI di bawah 25 °C selama 2 jam. Kemudian, lapisan pati dilarutkan, dan akhirnya diperoleh jaringan Ag yang berdiri sendiri.
Morfologi sampel dilakukan dengan SEM (ZEISS Gemini 500, Garl Zeiss, Jerman), kamera fotografi, dan mikroskop kekuatan atom (AFM) (Cypher, Asylum Research). Informasi kristalinitas dan fase partikel logam ditentukan oleh sistem difraksi sinar-X (analitik PAN X'Pert-Pro MPD PW 3040/60 XRD dengan radiasi Cu-Kα1, Belanda). Transmisi optik diukur menggunakan sistem bola terintegrasi (Ocean Optics, USA). Ketahanan lembaran sampel diukur dengan metode van der Pauw, dengan empat kontak pasta perak diendapkan di sudut sampel persegi (20 mm × 20 mm), merekam dengan Keithley 2400 SourceMeter (Keithley, USA). Metode resistensi dua probe dilakukan dalam uji tekuk (File tambahan 1).
Gambar 1b adalah gambar skema dari sampel SAN yang diperoleh, yang menunjukkan fleksibilitas dan transparansi yang baik. Gambar SEM dari jaringan logam ditunjukkan pada Gambar. 1c, dengan lebar dan tinggi rata-rata jaringan Ag masing-masing 2,5 μm dan 1 μm, dan jarak antar-utas dalam kisaran 30 hingga 60 μm. Sisipan pada Gambar. 1c dengan jelas menampilkan morfologi detail jaringan logam. Morfologi permukaan film SAN ditunjukkan pada Gambar 1d, dengan sisipan gambar penampang, membuktikan bahwa jaringan Ag telah berhasil disematkan ke dalam film pati dan menunjukkan morfologi yang halus. Selain itu, ketinggian jaringan Ag dapat dengan mudah dimodulasi dengan mengubah konsentrasi cairan elektroplating, luas anoda, dan jarak antara anoda dan katoda pada proses pengendapan elektroplating [29], sedangkan lebar jaringan dan jarak antar ruang dapat dikontrol dengan memvariasikan bahan korban, konsentrasi, dan suhu retak, seperti yang dilaporkan dalam pekerjaan kami sebelumnya [30]. Kristalinitas SAN dicirikan oleh difraksi sinar-X (XRD) (Gbr. 1e), yang menunjukkan bidang (200), (220), dan (311) Ag, dan tidak ada pengotor yang terdeteksi. Gambar mikroskop gaya atom (AFM) pada Gbr. 1f, g mengkonfirmasi permukaan yang sangat halus dengan kekasaran root-mean-square (RMS) yang sangat rendah ~ 0.521 nm.
Gambar 2a menunjukkan transmitansi (T ) versus resistansi lembaran (R s ), membandingkan sifat optoelektronik SAN dengan TCE lain yang dilaporkan [5, 6, 31,32,33,34,35,36] dan film ITO komersial (tebal 150 nm, Teknologi Fotolistrik Liaoning Huite). Sosok yang pantas (F ), ditampilkan sebagai garis, ditentukan dengan menyesuaikan persamaan di [37]. SAN kami menunjukkan sifat optoelektronik yang sangat baik dengan transparansi tinggi (82–93%) dan resistansi lembaran rendah (0,2–1,0 Ωsq −1 , dengan F mulai dari 3000 hingga 10.000) berdasarkan template cracking yang berbeda [38]. Data ini secara signifikan lebih baik daripada ITO konvensional dan TCE grid lainnya, yang dapat dianggap berasal dari kristalinitas Ag yang sangat baik, morfologi kontinu, dan struktur jaringan yang sesuai. Gambar 2b menunjukkan transmisi optik SAN dan ITO/PET (tebal 150 nm, Liaoning Huite Photoelectric Technology Co., Ltd.). Jelas bahwa transmisi optik SAN (~ 93%) jauh lebih tinggi daripada ITO/PET (77~88%) di seluruh spektrum yang terlihat.
Sifat optoelektronik dari jaringan logam. a Transmisi optik jaringan logam sebagai fungsi resistansi lembaran. b Transmisi versus panjang gelombang SAN dan sampel ITO/PET
Pati tidak hanya merupakan bahan hijau dan tidak beracun bagi manusia atau lingkungan, tetapi juga merupakan bahan biodegradable, serta mudah dihilangkan oleh air [39]. Oleh karena itu, sifat-sifat ini memberikan SAN bahan yang dapat didaur ulang seperti yang diilustrasikan pada Gambar. 3. Sepotong film SAN bekas direndam ke dalam air (Gbr. 3a), dan 2 jam kemudian, sebagian besar substrat pati terdegradasi, dan air berubah menjadi keadaan buram. Jaringan Ag berdiri bebas yang diperoleh dicuci dengan air untuk menghilangkan residu pati dan kemudian dipindahkan ke sepotong kaca ITO dan dikeringkan dalam kotak pengering (Gbr. 3b). Gambar 3c menunjukkan gambar SEM dari jaringan Ag yang didaur ulang. Perlu disebutkan bahwa proses daur ulang menjaga integritas jaringan Ag karena sifatnya yang mandiri, menjadikan proses daur ulang dan akhirnya mengurangi biaya keseluruhan dan dampak lingkungan, dibandingkan dengan TCE berdasarkan non-degradable dan substrat plastik yang tidak dapat didaur ulang [5, 9, 40,41,42].
Uji daur ulang SAN dalam air:a asli dan b setelah transfer. c Gambar SEM dari jaringan Ag daur ulang
Fleksibilitas SAN dicirikan di bawah pembengkokan dibandingkan dengan sampel ITO/PET. R s ITO/PET meningkat secara signifikan (~ 35,000 Ω sq −1 ) dalam seribu siklus pembengkokan (Gbr. 4a), sedangkan R s SAN berfluktuasi sekitar 30 Ω sq −1 , menunjukkan stabilitas mekanik yang sangat baik (Gbr. 4a, b). Secara bersamaan, fluktuasi periodik R s diamati ketika SAN ditekuk (dari 24 menjadi 38 Ω sq −1 ) seperti yang ditunjukkan pada sisipan Gbr. 4b, yang menunjukkan potensi penerapannya pada sensor mekanis [43,44,45,46,47]. Oleh karena itu, serangkaian sensor sambungan sederhana dirancang dan dibuat [48,49,50,51]. SAN dengan dua garis tempel perak sempit di sepanjang tepi untuk memberikan kontak yang lebih baik diapit di antara dua potong film PET, yang masing-masing dipasang pada sendi leher, lutut, siku, jari. Respons yang bergantung pada gerakan dari sensor ini direkam oleh pengaturan pengukuran resistansi dua probe. Saat persendian dalam tahap lentur, R s sensor berubah sesuai seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4c–f. Ketika SAN berada di bawah tegangan tarik di berbagai bagian tubuh, sinyal output bervariasi dalam rentang yang luas:di leher, R s luasnya sekitar 20-30 Ω sq −1 (Gbr. 4c), berlutut 400–800 KΩ sq −1 (Gbr. 4d), pada siku 2–3 MΩ sq −1 (Gbr. 4e), dan di jari 4–8 MΩ sq −1 (Gbr. 4f). Perbedaan ini mungkin terkait dengan besarnya gerakan dan menunjukkan bahwa kinerja sensor SAN gabungan bergantung pada lokasi [52].
Demonstrasi fleksibilitas sensor berbasis SAN. a Perbandingan resistansi lembaran sebagai fungsi waktu lentur. b Sosok yang diperbesar dari a; inset menunjukkan variasi rinci resistansi lembaran sensor SAN dari 490 hingga 550 s. c –f Karakterisasi sensor yang menekuk di berbagai bagian tubuh manusia:c leher, d lutut, e siku, dan f jari. Sisipan:foto-foto sensor yang dipasang pada bagian tubuh manusia yang berbeda
Gambar 5 menunjukkan mekanisme kerja sensor SAN, dengan garis biru yang menunjukkan area yang sama. Saat pembengkokan dibatasi hingga 30 o , retakan halus diamati seperti yang ditunjukkan oleh persegi panjang merah pada Gambar. 5a. Terlepas dari kesulitan untuk mendapatkan gambar dengan fokus yang baik, saat sudut tekuk meningkat menjadi 90 o , jarak celah retak ini ditemukan semakin melebar serta memanjangnya (Gbr. 5b). Namun, proses perataan ulang menyebabkan pemulihan retak yang hampir tidak terlihat (Gbr. 5c). Sementara itu, resistansi SAN hampir sepenuhnya pulih ke keadaan awalnya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4a–d. Oleh karena itu, variasi resistensi periodik selama pembengkokan dikaitkan dengan perubahan dinamis koneksi jaringan Ag.
Mekanisme kerja sensor SAN pada tahapan yang berbeda:a 30° membungkuk, b tekukan 90°, dan c pelepasan lentur. Bilah skala dalam angka adalah 50 μm
Sebagai kesimpulan, kami telah mengembangkan jaringan logam yang dapat didaur ulang berkinerja tinggi, dengan menggabungkan jaringan perengkahan dengan substrat pati. Angka manfaat yang sesuai dari jaringan logam yang dihasilkan melebihi 10.000 dengan resistansi lembaran (R s ) kurang dari 1,0 Ω persegi −1 bersama dengan transparansi yang sangat optik (> 82%). Yang terpenting, jaringan logam menyajikan fleksibilitas yang baik, kekasaran permukaan yang rendah, dan kemampuan daur ulang. Akhirnya, serangkaian biosensor telah ditunjukkan menunjukkan kinerja yang baik.
Mikroskop kekuatan atom
Crack-nanonetwork
Sosok jasa
Indium timah oksida
Root-mean-square
Resistensi lembaran
Jaringan Starch-Ag
Pemindaian mikroskop elektron
Transmisi
Elektroda konduktif transparan
difraksi sinar-X
bahan nano
Abstrak Kami mengusulkan dan menyelidiki secara numerik penyerap ultra-narrowband sempurna dengan bandwidth penyerapan hanya 1,82 nm dan efisiensi penyerapan melebihi 95% di wilayah yang terlihat. Kami menunjukkan bahwa penyerapan ultra-narrowband yang sempurna dianggap berasal dari efek kopling ya
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
Abstrak Sensor tekanan fleksibel (FPS) telah menunjukkan aplikasi luas dalam robotika buatan, perangkat yang dapat dikenakan, kulit elektronik, dan sistem biomedis; namun, prosedur rumit seperti micromachining dan micromolding sering kali dilibatkan untuk mencapai kinerja sensor yang tinggi. Dalam
Jika Anda memiliki sistem dehumidifier yang rusak, rumah Anda akan memiliki pertumbuhan jamur yang luas, mempertaruhkan kesehatan dan nilai properti keluarga Anda. Selain itu, sensor suhu dan kelembaban yang tidak berfungsi dapat menyebabkan dehumidifier rusak. Namun, pinout DHT22 dapat membantu dal
