Transparent conductive thin films (TCFs) are essential materials for solar cells, organic light-emitting diodes, and display panels. Indium tin oxide (ITO) is one of the most widely used commercial materials to create TCFs'; however, new materials that can possibly replace ITO at a lower cost and/or those possessing mechanical flexibility are urgently needed. Silver nanowire (AgNW) is one of those promising materials, as it is less expensive and possesses superior mechanical flexibility as compared to ITO. We used AgNW and sol-gel ZnO to fabricate composite thin films by spray coating. We propose two spray-coating methods: the 'metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD)/AgNW' method and the Mixture method. These two methods are expected to be commercialized for high-quality and low-cost products, respectively.
Among various organic materials suitable for silicon-based inorganic-organic hybrid solar cells, poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) has been extensively studied due to its high optical transmittance, high work function, and low bandgap characteristics. The electro-optical properties of PEDOT:PSS have a significant impact on the power conversion efficiency of silicon-organic hybrid solar cells. To enhance the photovoltaic properties of the silicon-organic hybrid solar cells, we developed a method to improve the properties of the PEDOT:PSS film using Ag nanowires (NW) instead of conventional solvent addition methods. The influence of the Ag NW on the electro-optical property of the PEDOT:PSS film and the photovoltaic performance of the silicon-organic hybrid solar cells were investigated. The addition of Ag NW further improved the sheet resistance of the PEDOT:PSS film, enhancing the performance of the silicon-organic hybrid solar cells. The present work using the low sheet resistance PEDOT:PSS layer paves the way to develop simple yet more efficient silicon-organic hybrid solar cells.
The ZnO nanowire (NW)-based nanogenerators (NGs) can have rectifying current and potential generated by the coupled piezoelectric and semiconducting properties of ZnO by variety of external stimulation such as pushing, bending and stretching. So, ZnO NGs needed to enhance durability for stable properties of NGs. The durability of the metal electrodes used in the typical ZnO nanogenerators(NGs) is unstable for both electrical and mechanical stability. Indium tin oxide (ITO) is used as transparent flexible electrode but because of high cost and limited supply of indium, the fragility and lack of flexibility of ITO layers, alternatives are being sought. It is expected that carbon nanotube and Ag nanowire conductive coatings could be a prospective replacement. In this work, we demonstrated transparent flexible ZnO NGs by using CNT/Ag nanowire hybrid electrode, in which electrical and mechanical stability of top electrode has been improved. We grew vertical type ZnO NW by hydrothermal method and ZnO NW was coated with hybrid silicone coating solution as capping layer to enhance adhesion and durability of ZNW. We coated the CNT/Ag nanowire hybrid electrode by using bar coating system on a capping layer. Power generation of the ZnO NG is measured by using a picoammeter, a oscilloscope and confirmed surface condition with FE-SEM. As a results, the NGs using the CNT/Ag NW hybrid electrode show 75% transparency at wavelength 550 nm and small change of the resistance of the electrode after bending test. It will be discussed the effect of the improved flexibility of top electrode on power generation enhancement of ZnO NGs.
In this study, electroconductive textiles were developed by screen-printing technology using a complex solution of PEDOT:PSS/AgNW on a polylactic acid nanofiber web. A performance evaluation was then conducted to utilize this electroconductive textile as a signal transmission line. To obtain highly conductive electroconductive textiles, this study sought to determine the optimal mixing ratio of PEDOT:PSS/AgNW. Sheet resistance was measured to evaluate the electrical properties of electroconductive textiles, Finite element-scanning electron microscopy images were then used to examine surface properties, and Fourier transform-infrared analysis was performed to evaluate chemical properties. The signal waveform characteristics of the electroconductive textile were observed using a signal generator and an oscilloscope. Radio-frequency characteristics were then evaluated to confirm frequency range, and bending tests were conducted to evaluate durability. The signal transmission lines produced in this study had a sheet resistance value of 3.30 ?/sq, and signal transmission performance was evaluated to observe that the input value of the voltage was nearly identical to the output value. In addition, S21 analysis confirmed that it was available in the frequency domain up to 35 MHz. The performances of the transmission lines were maintained after 100, 200, 500, and 1,000 repeated bending tests, and sufficient durability was confirmed.
In this study, nanofiber-based textile sensors were developed for motion detection and monitoring. Poly(vinylidene fluoride) (PVDF) nanofibers containing zinc oxide (ZnO) nanoparticles and silver nanowires (AgNW) were fabricated using electrospinning. PVDF was chosen as a piezoelectric polymer, zinc oxide as a piezoelectric ceramic, and AgNW as a metal to improve electric conductivity. The PVDF/ZnO/AgNW nanocomposite fibers were used to develop a textile sensor, which was then incorporated into an elbow band to develop a wearable smart band. Changes in the output voltage and peak-to-peak voltage (Vp-p) generated by the joint's flexion and extension were investigated using a dummy elbow. The β-phase crystallinity of pure PVDF nanofibers was 58% when analyzed using Fourier transform infrared spectroscopy; however, the β-phase crystallinity increased to 70% in PVDF nanofibers containing ZnO and to 78% in PVDF nanocomposite fibers containing both ZnO and AgNW. The textile sensor's output voltage values varied with joint-bending angle; upon increasing the joint angle from 45° to 90° to 150°, the Vp-p value increased from 0.321 Vp-p to 0.542 Vp-p to 0.660 Vp-p respectively. This suggests that the textile sensor can be used to detect and monitor body movements.
최근 학계나 산업계에서 투명 전자 소자에 대하여 활발한 연구가 진행되면서, 투명 전 도성 산화물(TCO: transparent conductive oxide)에 대한 관심이 높아지고 있다. 대표적인 TCO 물질인 Indium Tin Oxide (ITO)는 가시 광 영역에서의 높은 투과 및 높은 도전성을 가져 전압을 인가하면 발열이 가능하므로 이를 투명 면상 발열체에 적용시키는 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만, ITO는 발열 테스트 결과 온도가 상승함에 따라 발열이 일부분에 집중되는 현상이 있으며, 전도성을 높이기 위하여 추가공정이 필요하다. 또한, 글라스의 곡면 부분에서 ITO를 사용하면 유연성이 부족하므로 크랙이 발생한다는 단점이 있다. 따라서, 최근 Silver nanowire (AgNW), Single-walled Carbon nanotube (SWCNT), ITO를 기반으로 한 AgNW에 ITO를 증착 하거나 SWCNT를 코팅하여 우수한 전기적, 광학적 특성을 지닌 하이브리드 전극이 투명 면상 발열체 재료로서 사용되고 있다. 하지만 대체된 재료들도 다양한 문제점을 가지고 있다. 예를 들어 고온에서 발열을 유지하지 못하고 끊어지거나 가시광영역의 투과율이 낮은 점 등이 있다. 이런 다양한 문제점들을 보완 할 수 있는 새로운 투명 면상 발열체에 적용한 연구가 요구되고 있다. 본 연구에서는 GZO/Ag/GZO 하이브리드 구조의 투명 면상 발열체를 제작하여 전기적, 광학적 특성을 비교하고 발열량, 온도 균일 성, 발열 유지 안정도를 확인하였다. 본 연구에서는 $50{\times}50mm$ 크기의 Non-alkali glass (삼성코닝 E2000) 기판 상에 DC마그네트론 스퍼터링 공정을 이용하여 상온에서 GZO, Ag, GZO 박막을 연속적으로 증착 하여 다층구조의 하이브리드형 투명 면상 발열체를 제조하였다. 박막 증착 파워는 DC (Ag) power 50 W, RF (GZO) power 200 W로 하였으며 GZO박막두께는 45 nm로 고정 시키고 Ag박막 두께는 5~20 nm로 변화를 주었다. 증착원은 3인치 GZO 세라믹 타깃 (2.27 wt. % Ga2O3) 과 Ag 금속 타깃 (순도 99.99%)을 사용하였으며, Ar을 40 sccm 주입 후 Working pressure는 고 순도 Ar을 사용하여 1.0 Pa로 고정하며 10분간 Pre-sputtering을하고 증착을 진행하였다. 앞선 실험을 통해 증착한 박막의 전기적, 광학적 특성은 각각 Hall-effect measurements system (ECOPIA, HMS3000), UV-Vis spectrophotometer (UV-1800, Shimadzu)를 사용해 측정 되었으며, 하이브리드 표면의 구조 및 형상은 FESEM으로 관찰하였다. 또한 표면온도 측정기infrared camera (IR camera)를 이용하여 4~12 V/cm의 전압을 인가 시 시간에 따른 투명 면상 발열체의 표면 온도변화를 관찰하였다.
We report on stretchable electrochromic films of poly(3-hexylthiophene) (P3HT) fabricated on silver nanowire (AgNW) electrodes. AgNWs electrodes are prepared on polydimethylsiloxane (PDMS) substrates using a spray coater for stretchable electrochromic applications. On top of the AgNW electrode, poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) is introduced to ensure a stable resistance over the electrode under broad strain range by effectively suppressing the protrusion of AgNWs from PDMS. This bilayer electrode exhibits a high performance as a stretchable substrate in terms of sheet resistance increment by a factor of 1.6, tensile strain change to 40 %, and stretching cycles to 100 cycles. Furthermore, P3HT film spin-coated on the bilayer electrode shows a stable electrochromic coloration within an applied voltage, with a color contrast of 28.6 %, response time of 4-5 sec, and a coloration efficiency of $91.0cm^2/C$. These findings indicate that AgNWs/PEDOT:PSS bilayer on PDMS substrate electrode is highly suitable for transparent and stretchable electrochromic devices.
Recently, new types of wearable devices such as textile electronics are considered as the next generation wearable electronics. To realize the textile electronics, conductive fibers are required to supply the power and for signal processing. Conventionally, silver nanowires (Ag NWs) have been attracted as one of the conductive additives in the fibers, however, using the Ag NWs may lead to high production cost since it is a noble metal. Many researches have been done to replace the Ag NWs into a cheaper materials such as copper nanowires (Cu NWs). Here, we synthesized ultra-long Cu NWs for a conductive filler material in conductive fibers, taking advantages of their structural features. To investigate the effect of capping agents on the aspect ratio of the synthesized Cu NWs, we used various capping agents such as hexadecylamine, butylamine, ethylenedilamine and oleylamine in the Cu NW synthesis. In this research, the effects of capping agents on the structure and the synthesis of Cu NWs are presented.
The proposed stretchable transparent electrodes based on silver nanowires (AgNWs) were prepared on a polyurethane (PU) substrate. In order toavoid the surface roughness caused by the silver nanowires, a titanium oxide ($TiO_2$) buffer layer was addedby coating and heating the organometallic sol-gel solution. The fabricated stretchable electrodes showedan electrical sheet resistance of $24{\Omega}sq^{-1}$, 78% transmittance at 550 nm, and an average surface roughness below 5 nm. Furthermore, the AgNW-based electrode maintained its initial electrical resistance under 130% strain testing conditions, without the assistance of additional conductive polymer layers. In this paper, the critical role of the $TiO_2$ buffer layer between the AgNW network and the PU substrate has been discussed.
Recently, advances in nano-material researches have opened the door for various transparent conductive materials, which include carbon nanotube, graphene, Ag and Cu nanowire, and printable metal grids. Among them, Ag nanowires are particularly interesting to synthesize because bulk Ag exhibits the highest electrical conductivity among all metals. Here we reviewed recently-published research works introducing various devices from organic light emitting diode to tactile sensing devices, all of which are employing AgNW for a conducting material. They proposed methods to enhance the stretchability and reversibility of the transparent electrodes, and apply them to make various flexible and stretchable electronics. It is expected that Ag nanowires are applicable to a wide range of high-performance, low-cost, stretchable electronic devices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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