DOI:10.1016/j.jiec.2020.12.010
高性能透明導電電極的全溶液加工制備對于下一代光電應用至關重要。在這項研究中，通過電紡納米纖維和無顆粒反應性銀墨水的協同集成，實現了高性能透明電極的快速、通用制備。直接靜電紡絲包含聚合物共混物溶液的反應性銀墨水，然后進行快速熱退火，可以制備出在90％的透射率下其薄層電阻約為1.9Ω/sq的透明導電電極（TCE）。包括靜電紡絲和熱退火時間在內的幾分鐘期間就可以制備出高性能的TCEs。該策略的關鍵在于使用由聚環氧乙烷（PEO）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）組成的聚合物共混物，以及反應性銀墨水的無顆粒特性。本文介紹了所制備的透明電極在工作溫度高達300℃的焦耳加熱器中的實際應用。透明導電電極的簡單、通用、廉價和快速制備可使其實際應用范圍更廣。
圖1.通過由反應性銀墨水組成的電紡NFs制備透明電極。a）配制溶液和b）在連接到旋轉收集器的玻璃基板上對溶液進行靜電紡絲的示意圖；c）包含Ag墨水和PEO/PVP混合物的NFs。d）退火前NFs的SEM（左）和STEM（右）圖像。e）通過熱退火去除NFs中的PEO并形成無結且連續的Ag NFs，f）退火后形成的Ag NFs交叉區域的SEM（左）和STEM（右）圖像。電極照片，顯示g）電導率和h）透明度。
圖2.由不同PEO濃度的聚合物溶液制備的Ag NFs的SEM圖像（a-c）和寬度分布圖（d-e）。20PVP/12PEO-Ag表示包含20mg/mL PVP和12mg/mL PEO。
圖3.所制備的納米纖維的表征：a）未經處理和退火的PEO/PVP和PEO/PVP-Ag NFs的FTIR光譜，b）裸PEO/PVP、未經處理和退火的PEO/PVP-Ag NFs的XRD衍射圖。退火之前（c，d）和之后（e，f），PEO/PVP-Ag NFs基于C和Ag元素的EDX光譜和圖譜。
圖4.XPS分析：a）PEO/PVP、未處理的PEO/PVP-Ag和退火PEO/PVP-Ag NFs的XPS光譜，b）退火前后PEO/PVP-Ag NFs的Ag3d區域比較，c-e）退火PEO/PVP-Ag NFs的O1s、N1s和C1s區域（信號通過高斯函數擬合）。
圖5.退火前后的PEO/PVP-Ag NFs。退火之前（a，b）和之后（c，d），拍攝的單根納米纖維的SEM圖像（a，c）和AFM圖像（b，d）。
圖6.基于Ag NF網絡的TCEs的光電性能。a-b）紫外可見分光光度計在550nm下測得的Ag NFs的面積比（％）和透射率（T％）與靜電紡絲時間的關系圖。b）通過靜電紡絲不同時間（30s至150s）（比例尺為5μm）獲得的Ag NFs的光學顯微鏡圖像。c）在不同的靜電紡絲時間下制備的Ag NF電極的透射率（％）和薄層電阻（Rs，Ω/sq）圖。插圖：在2.5x2.5cm2的玻璃基板上的相應照片。d）裸玻璃基板和玻璃基板上的Ag NFs（Rs為1.9Ω/sq）在300nm至800nm波長范圍內的透射率。插圖：導電透明（在550nm處的Rs為1.9Ω/sq，T約為90％）Ag NFs電極（左）以及點亮紅色LED（右）的照片。
圖7.Ag NF網絡作為透明加熱器。a）在DC 2V電位差（在第5s至第155s之間施加150s）下，具有不同薄層電阻（2至20Ω/sq）的Ag NF網絡的表面溫度隨時間變化的關系圖。b）具有不同薄層電阻（2至20Ω/sq）的Ag NFs加熱器的I-V特性。c）對Ag NF加熱器（2Ω/sq）逐步施加從1至5V（以0.5V為間隔）的直流輸入電壓持續30s的溫度變化。d）Ag NF加熱器在3.5、4、4.5和5V的不同輸入電壓下的紅外圖像，以及e）在加熱器頂部將裝有1.5mL水的小瓶加熱2分鐘的紅外圖像（從左到右）。
圖8.透明Ag NF電極的穩定性。a）線性磨損試驗中薄層電阻與長度的關系。電極以100g的負載連接，Ag NFs的一面朝下，以約1cm/s的速度倚著鋁箔移動一定距離（0至500cm）。b）透明膠帶測試。將膠帶直接與電極接觸，并反復（直至1000次循環）剝離。c）溶劑浸沒試驗。將電極分別在丙酮、乙醇和水中浸泡4周。（R0：初始薄層電阻，Ri：在特定試驗后測得的薄層電阻。）
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