下一代电子产品扩大银纳米线的可能性

今天的纳米级技术已经足够复杂，可以应用于无数有用的设备，从触摸屏设备和家用电器中的传感器到可以监测我们血液、肌肉运动、呼吸和脉搏中的化学水平的可穿戴生物传感器。此外，还有用于精密设备的技术，例如高分辨率扫描探针显微镜，使人们不仅可以在原子水平上可视化表面，甚至可以看到单个原子本身。

这些设备通常使用通过将导电材料的薄涂层施加到玻璃或陶瓷基板上而制成的电极。然而，这些类型的电极易碎且缺乏灵活性，并且它们可能涉及昂贵且有限的材料以及困难的制造方法。

一种备受关注的替代材料是银纳米线;这些线材的直径非常小(小至千分之一毫米)，可以制成各种横截面形状和配置。它们的导电性也无与伦比，具有优异的机械强度和柔韧性，并且可以很容易地用现成的材料合成。这些品质和银纳米线的多功能性使它们不仅对许多常用电子设备特别有吸引力，而且对柔性电子产品的创新尤其有吸引力，例如柔性手机和平板电脑、廉价的太阳能电池板或可以制造在壁纸或衣服上的太阳能电池。

银纳米线已成功用作各种电子设备的电极;然而，由于它们容易受到热、光和湿气的腐蚀作用，它们的商业用途受到了阻碍。这种腐蚀会导致纳米线表面出现凹坑和孔洞或“蚀刻”，从而对其电气、机械和光学特性产生负面影响。蚀刻可能对基于银纳米线的器件性能非常有害，甚至可能导致它们的故障。

之前已经尝试在银纳米线周围制造保护壳。在一次尝试中，将薄聚合物沉积到基板上作为纳米线屏障。保护性薄金属或碳壳也已生长到纳米线的表面。这增加了用作透明电极的银纳米线的寿命和性能;然而，外壳表面缺乏更高精度设备所需的均匀平滑度。

寺崎生物医学创新研究所 (TIBI) 的研究人员已成功开发出一种在银纳米线周围制造超薄壳的方法，从而具有出色的稳定性和有效性。

由于其耐热、耐光和防潮，他们首先选择黄金作为保护壳。它的结构也类似于银，这有助于在银纳米线表面上生长超薄金层。然而，有一个警告：可能存在带电的金原子，它们可以与银本身发生反应，形成孔或孔，这显然是有问题的。TIBI 团队通过选择一种化学物质与带电的金原子络合来解决这个问题;这有效地抑制了孔的形成。

该团队接下来开发了一种室温、基于解决方案的制造方法，该方法提供了简单的设置和直接、可扩展的步骤。此外，他们的方法允许调整反应时间和混合物以控制沉积的金层的厚度。

他们通过混合溶液并允许纳米线生长和结晶来合成银纳米线。然后引入含有经过实验优化的化学物质以消除蚀刻并有助于金层的平滑沉积的金溶液。他们还优化了实验条件以提高纳米线的化学稳定性。

由此产生的银纳米线具有明确的三个纳米厚的金涂层，具有光滑的表面，没有蚀刻。他们还表现出稳定的银-金界面，这对于保持纳米线的光学和电学特性是必不可少的。

“在设计一种有效的方法来增加基于银纳米线的器件的寿命时，我们考虑了所有可能的挑战，”该项目的第一作者 Yangzhi Zhu 博士说。“我们的数据清楚地表明，我们能够针对这些挑战制定有效的解决方案。”

TIBI 团队随后进行了实验，以评估镀金和未经处理的银纳米线的耐用性。当纳米线暴露在空气中时;未涂覆的银纳米线在 10 天后变得严重损坏和恶化。即使在六个月后，镀金的纳米线仍保持不变。在两种纳米线都暴露于过氧化氢和钠缓冲盐水浸泡的破坏作用后，获得了类似的结果。

在柔性透明电极的性能测试中，两条纳米线都暴露在高温和高湿下;未涂覆的纳米线在 12 天后失效，但涂覆金的银纳米线的性能可与性能最佳的商业纳米线相媲美。

在光学器件的性能测试中，镀金纳米线在 21 天时表现出高性能。相比之下，未经处理的银纳米线在一周内表现出降低的效率并最终失败。此外，测试表明金壳没有引入额外的背景噪音。

在同一时间范围内，在高分辨率扫描探针显微镜下测试时，镀金纳米线表现出优异的结果，提供坚定不移的高质量图像。相比之下，未经处理的纳米线的图像质量逐渐下降，直到发生器件故障。这些都是显着的成就，因为这种类型的显微镜涉及高水平的机械应力，纳米线稳定性至关重要。

TIBI 董事兼首席执行官 Ali Khademhosseini 博士说：“在无数设备中使用银纳米线有很多优势，因此提高它们的性能和耐用性的能力会产生很大的影响。” “我们为实现这一目标而设计的方法体现了我们研究所工作的质量。”

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