基于金属纳米材料的光电器件制备技术研究

论文总字数：27149字

摘 要

近年来，金属纳米材料独特的光电特性引起了人们的广泛关注，成为纳米技术领域的热点研究课题。利用金属纳米材料制备器件，具有工艺方法简单、成本低等优势，且在工艺方法上与传统的器件加工技术有很大区别。一方面，金属纳米油墨作为一种添加了金属纳米材料的新型油墨材料而被广泛研究，为研制新型薄膜电子器件提供了新的方法。另一方面，金属纳米材料的表面等离激元效应赋予了其一系列独特的光学性质，基于此的新型光学器件也受到了广泛关注与研究。

本文介绍了由金属纳米材料制备的电学和光学器件。电学方面，我们通过乙二醇还原法制备了高浓度高产率的银纳米颗粒，配制了具有导电性能的银纳米油墨，喷墨打印形成导电图案，采用多种物理化学方法优化其导电性。光学方面，利用银纳米颗粒自组装成带宽可调的薄膜滤波器。随后旋涂一层紫外固化胶，测量不同温度下薄膜吸收光谱的变化。

最终，电学方面成功将导线电导率提高到银体材料的18%，并基于低电阻率的导线设计了可开关LED电路。光学方面发现不同温度对应的光谱也不同，从而制出实现温度传感的光学器件。

关键词：金属纳米材料，银纳米油墨，发光二极管电路，温度传感，光学器件

STUDY ON PREPARATION OF OPTICAL AND ELECTRICAL DEVICES BASED ON METALLIC NANOMATERIALS

Abstract

In recent years, the unique optical and electrical properties of metallic nanomaterials have aroused widespread concern, which is a hot research topic of nanotechnology. Metallic nanomaterials can be prepared to form new devices,with simple technology and low cost. Moreover, the processing technology is very different from that of traditional devices. Wherein the metallic nano-ink,which is added metallic nanomaterials, has been extensively studied. On the other hand, the surface plasmon effect of metallic nanomaterials gives them a series of unique optical properties, which has also been widespreadly concerned and researched.

This article describes the electrical and optical devices made of metallic nanomaterials.In terms of electricity, we restore glycol to prepare high concentration of silver nanoparticles in a high yield, prepare the silver nano-ink with conductive properties, and ink-jet print to form a conductive pattern. Then we use a variety of physical and chemical methods to optimize the conductivity. In terms of optics, silver nanoparticles self-assemble into a bandwidth-tunable thin film filter, and then spin-coated with an ultraviolet curable adhesive. We measure the change in the absorption spectrum of the film at different temperatures.

At last, in terms of electricity,we increase the conductivity to 18% of bulk material successfully and finally design a low resistivity and switchable LED circuit with metallic nanomaterial. In terms of optics,we find that different temperatures correspond to different spectra. Therefore, a temperature-related optical device is produced.

KEY WORDS: metallic nanomaterials, silver nanoparticles ink, LED circuit, temperature sensor, optical devices

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪 论 1

1.1引言 1

1.2课题背景及研究意义 1

1.3金属纳米材料连接概述 1

1.4本文研究目的及内容 3

第二章 银纳米颗粒制备 4

2.1制备银纳米颗粒的不同方法概述 4

2.2本课题所采用的制备方法 4

2.3银纳米颗粒的表征 5

第三章 银纳米颗粒沉积图形控制及性能优化 7

3.1金属纳米导电油墨概述 7

3.2油墨配比方案 8

3.2.1调研不同油墨配比方案 8

3.2.2配制20 wt%的银纳米油墨 9

3.3银导电油墨的图形控制 9

3.3.1软件对打印图案形状及位置的控制 9

3.3.2衬底对打印的影响 10

3.3.3分辨率对打印的影响 11

3.4打印图形的性能优化 11

3.4.1金属纳米油墨的烧结 11

3.4.2打印图案的续生长 16

3.4.3打印图案的电镀 17

第四章 电学器件的研制 19

4.1目前柔性电子应用调研 19

4.2电学器件研制 22

第五章 光学器件的研制 24

5.1金属纳米材料的光学特性 24

5.2光学器件研制 24

第六章 总结和展望 27

致谢 28

参考文献（References） 29

1. 绪 论

1.1引言

金属纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度或由它们作为基本单元构成的金属材料。近年来，纳米材料，特别是金属纳米材料，得到了许多发展和应用。它们之所以在目前科学技术发展中占有越来越重要的地位，是因为其一系列特性及产业化的大好前景。人类研究纳米材料的最终目标，是能够按自己的意愿直接操纵这些纳米材料，制造出具有特定功能的产品。

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