DOI:10.1016/j.jiec.2020.12.010

高性能透明导电电极的全溶液加工制备对于下一代光电应用至关重要。在这项研究中，通过电纺纳米纤维和无颗粒反应性银墨水的协同集成，实现了高性能透明电极的快速、通用制备。直接静电纺丝包含聚合物共混物溶液的反应性银墨水，然后进行快速热退火，可以制备出在90％的透射率下其薄层电阻约为1.9Ω/sq的透明导电电极（TCE）。包括静电纺丝和热退火时间在内的几分钟期间就可以制备出高性能的TCEs。该策略的关键在于使用由聚环氧乙烷（PEO）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）组成的聚合物共混物，以及反应性银墨水的无颗粒特性。本文介绍了所制备的透明电极在工作温度高达300℃的焦耳加热器中的实际应用。透明导电电极的简单、通用、廉价和快速制备可使其实际应用范围更广。

图1.通过由反应性银墨水组成的电纺NFs制备透明电极。a）配制溶液和b）在连接到旋转收集器的玻璃基板上对溶液进行静电纺丝的示意图；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）图像。e）通过热退火去除NFs中的PEO并形成无结且连续的Ag NFs，f）退火后形成的Ag NFs交叉区域的SEM（左）和STEM（右）图像。电极照片，显示g）电导率和h）透明度。

图2.由不同PEO浓度的聚合物溶液制备的Ag NFs的SEM图像（a-c）和宽度分布图（d-e）。20PVP/12PEO-Ag表示包含20mg/mL PVP和12mg/mL PEO。

图3.所制备的纳米纤维的表征：a）未经处理和退火的PEO/PVP和PEO/PVP-Ag NFs的FTIR光谱，b）裸PEO/PVP、未经处理和退火的PEO/PVP-Ag NFs的XRD衍射图。退火之前（c，d）和之后（e，f），PEO/PVP-Ag NFs基于C和Ag元素的EDX光谱和图谱。

图4.XPS分析：a）PEO/PVP、未处理的PEO/PVP-Ag和退火PEO/PVP-Ag NFs的XPS光谱，b）退火前后PEO/PVP-Ag NFs的Ag3d区域比较，c-e）退火PEO/PVP-Ag NFs的O1s、N1s和C1s区域（信号通过高斯函数拟合）。

图5.退火前后的PEO/PVP-Ag NFs。退火之前（a，b）和之后（c，d），拍摄的单根纳米纤维的SEM图像（a，c）和AFM图像（b，d）。

图6.基于Ag NF网络的TCEs的光电性能。a-b）紫外可见分光光度计在550nm下测得的Ag NFs的面积比（％）和透射率（T％）与静电纺丝时间的关系图。b）通过静电纺丝不同时间（30s至150s）（比例尺为5µm）获得的Ag NFs的光学显微镜图像。c）在不同的静电纺丝时间下制备的Ag NF电极的透射率（％）和薄层电阻（Rs，Ω/sq）图。插图：在2.5x2.5cm2的玻璃基板上的相应照片。d）裸玻璃基板和玻璃基板上的Ag NFs（Rs为1.9Ω/sq）在300nm至800nm波长范围内的透射率。插图：导电透明（在550nm处的Rs为1.9Ω/sq，T约为90％）Ag NFs电极（左）以及点亮红色LED（右）的照片。

图7.Ag NF网络作为透明加热器。a）在DC 2V电位差（在第5s至第155s之间施加150s）下，具有不同薄层电阻（2至20Ω/sq）的Ag NF网络的表面温度随时间变化的关系图。b）具有不同薄层电阻（2至20Ω/sq）的Ag NFs加热器的I-V特性。c）对Ag NF加热器（2Ω/sq）逐步施加从1至5V（以0.5V为间隔）的直流输入电压持续30s的温度变化。d）Ag NF加热器在3.5、4、4.5和5V的不同输入电压下的红外图像，以及e）在加热器顶部将装有1.5mL水的小瓶加热2分钟的红外图像（从左到右）。

图8.透明Ag NF电极的稳定性。a）线性磨损试验中薄层电阻与长度的关系。电极以100g的负载连接，Ag NFs的一面朝下，以约1cm/s的速度倚着铝箔移动一定距离（0至500cm）。b）透明胶带测试。将胶带直接与电极接触，并反复（直至1000次循环）剥离。c）溶剂浸没试验。将电极分别在丙酮、乙醇和水中浸泡4周。（R0：初始薄层电阻，Ri：在特定试验后测得的薄层电阻。）