One-dimensional (1D) silver nanostructures, which possess the highest conductivity among all room-temperature materials, moderate flexibility and high transmittance, are one of the most promising candidate materials to replace conventional indium tin oxide transparent electrodes. However, the short length and large diameter of 1D silver nanostructures cause a substantial decrease in the optical transparency or an increase in the sheet resistance. In this work, ultra-long silver nanofiber networks were synthesized with a low-cost and scalable electrospinning process, and the diameter of the nanofibers were finetuned to achieve a higher aspect ratio. The decrease in the diameter of the nanofibers resulted in a higher optical transparency at a lower sheet resistance: 87 % at $300{\Omega}/sq$, respectively. It is expected that an electrospun silver nanofiber based transparent electrode can be used as a key component in various optoelectronic applications.
In this study, a new class of polyurethane (PU) nanofibers containing silver (Ag) nanoparticles (NPs) was synthesized by electrospinning. A simple method that did not depending on additional foreign chemicals was used to self synthesize the silver NPs in/on PU nanofibers. The synthesis of silver NPs was carried out by exploiting the reduction ability of N,N-dimethylformamide (DMF), which is used mainly to decompose silver nitrate to silver NPs. Typically, a sol-gel consisting of $AgNO_3$/PU was electrospun and aged for one week. Silver NPs were created in/on PU nanofibers. SEM confirmed the well oriented nanofibers and good dispersion of pure silver NPs. TEM indicated that the Ag NPs were 5 to 20 nm in diameter. XRD demonstrated the good crystalline features of silver metal. The mechanical properties of the nanofiber mats showed improvement with increasing silver NPs content. The fixedness of the silver NPs obtained on PU nanofibers was examined by harsh successive washing of the as-prepared mats using a large amount of water. The results confirmed the good stability of the synthesized nanofiber mats. Two model organisms, E. coli and S. typhimurium, were used to check the antimicrobial influence of these nanofiber mats. Subsequently, antimicrobial tests indicated that the prepared nanofibers have a high bactericidal effect. Accordingly, these results highlight the potential use of these nanofiber mats as antimicrobial agents.
In this work, silver nanoparticles-containing polyacrylonitrile (PAN) solutions in N,N-dimethylformamide (DMF) were electrospun to be webs consisting of nanofibers. The inputted voltage and PAN content in the solution were fixed at 15 kV and 10 wt.% in DMF with 10 cm of tip-to-collector distance (TCD). The PAN/Ag nanofiber webs were stabilized by oxidation at 250 ${^{\circ}C}$ for 2 h in air and carbonized at 1000 ${^{\circ}C}$ for 2 h in $N_2$. The resultant diameter distribution and morphologies of the nanofibers were evaluated by scanning electron microscope analysis. The electrochemical behaviors of the nanofiber webs were also observed by cyclic voltammetry tests. It was found that the presence of silver nanoparticles in carbon nanofiber webs led to the increase of specific capacitance and the decrease of fiber diameters.
A nanofiber was fabricated with carbon nanotubes for transparent electrodes. It was prepared with a composite solution of bio-molecules polycaprolactone (PCL) and multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) by electrospinning on a glass substrate, following which its electrical characteristics were investigated. The content of MWCNTs was varied during electrospinning, while that of PCL was fixed. Further, a nanometer-thick thin film of silver was deposited on the nanofiber layer using a thermal evaporator to improve the electrical characteristics; the sheet resistance significantly reduced after this deposition. The results showed that this carbon nanotube nanofiber has potential applications in biotechnology and as a flexible transparent display material.
본 연구에서는 PMMA의 전기 방사 조건을 자세히 조사하였다. 즉, DMF 및 THF를 용매로 하여 최적의 혼합비 및 농도를 조사하였다. 또한, 은을 첨가했을 때 용액의 전도성 및 섬유 직경에 대해 검토하였고, 얻어진 나노섬유 부직포의 항균성을 조사하였다. 그 결과 DMF와 THF가 7:3이며 18 wt%일 때 섬유형성능이 우수하였고, 은을 1000ppm 넣어 전기방사하였을 때 섬유 직경은 100-400 nm 이었다. 투과형 전자현미경으로 관찰한 결과 은 나노입자는 섬유의 테두리에 분포되어 있었으며, 이들은 그램 양성균 및 그램 음성균에 대해 높은 항균성을 나타내었다.
Metal nanowires can be coated on various substrates to create transparent conducting films that can potentially replace the dominant transparent conductor, indium tin oxide, in displays, solar cells, organic light-emitting diodes, and electrochromic windows. One issue with these metal nanowire based transparent conductive films is that the resistance between the nanowires is still high because of their low aspect ratio. Here, we demonstrate high-performance transparent conductive films with silver nanofiber networks synthesized by a low-cost and scalable electrospinning process followed by two-step sequential thermal treatments. First, the PVP/$AgNO_3$ precursor nanofibers, which have an average diameter of 208 nm and are several thousands of micrometers in length, were synthesized by the electrospinning process. The thermal behavior and the phase and morphology evolution in the thermal treatment processes were systematically investigated to determine the thermal treatment atmosphere and temperature. PVP/$AgNO_3$ nanofibers were transformed stepwise into PVP/Ag and Ag nanofibers by two-step sequential thermal treatments (i.e., $150^{\circ}C$ in $H_2$ for 0.5 h and $300^{\circ}C$ in Ar for 3 h); however, the fibrous shape was perfectly maintained. The silver nanofibers have ultrahigh aspect ratios of up to 10000 and a small average diameter of 142 nm; they also have fused crossing points with ultra-low junction resistances, which result in high transmittance at low sheet resistance.
본 연구는 나노섬유를 제조하는데 빠르고 효과적인 전기방사법을 이용하여 PVA(Polyvinyl alcohol)와 AgNO3를 혼합하여 제조한 용액을 금속산화물 기반 나노 섬유로 이루어진 투명 전극을 제조하고 그 특성을 분석하였다. PVA/AgNO3 혼합 용액을 전기방사법을 이용하여 유리기판 위에 나노섬유 구조체 형태로 방사하여 250 ℃에서 2 시간 동안 열처리 과정을 통해 전기 전도성이 향상된 은나노 섬유 기반 투명 전극을 제조하였다. 제조된 투명전극은 four-point probe 장비를 이용하여 전기적 특성을 분석하였으며, UV - Vis spectrophotometer 를 이용하여 제조된 투명전극의 투과도를 확인하였다. 또한, Scanning Electron Microscopy (SEM)과 Energy Dispersive Spectrometer(EDS)를 통해 은 나노 섬유의 표면 특성과 성분을 확인하였다. 이러한 분석들을 통해, 전기 방사 시간에 따른 면 저항과 투과도의 최적화된 조건을 확인할 수 있었으며, 은 나노 섬유로 이루어진 투명 전극은 전기적, 광학적, 기계적 특성이 우수하여 태양전지, 디스플레이, 터치스크린과 같은 차세대 유연 디스플레이에 적용 가능성을 보여주었다.
알지네이트에 은이온을 첨가하기 위하여, 질산은 수용액을 이용하여 은-알지네이트를 제조하였다. 본 연구에서는 은-알지네이트를 Poly vinylpyrrolidone (PVP) 수용액과 블렌드하였고, 전기방사는 블렌드 용액을 이용하여 수행하였다. 은-알지네이트/PVP 혼합 용액의 항균효과는 colony counting test로 대장균과 포도상 구균에 대해 확인하였다. 은-알지네이트/PVP 혼합용액의 전기방사 조건은 조성물의 농도를 다양하게 하여 방사거리 22 cm, 방사속도 0.01 mL/min, 전압 26 kV 조건하에서 수행하여 나노섬유를 제조하였다. 은-알지네이트 나노 섬유의 형태와 크기는 SEM과 Image J를 통해 확인하였으며, 전기방사된 SA5P15 섬유들의 평균 직경은 124 nm를 보였으며, 균일하게 방사되는 것을 확인하였다. SA5P15의 균 감소율은 24 시간 후 99.9%를 보였다.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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