שימוש חדשני של Silver Nanowires כדי לשפר את ההתנהלות הירומית באלקטרוניקה גמישה

ה-Thermal Bottleneck in Flex Electronics

אלקטרוניקה גמישה עברה מתחנות מעבדה למציאות מסחרית, כוח לפקחי בריאות ללבוש, טלפונים חכמים מתקפלים, תצוגות רולable.היכולת להיותנד, למתוח, ותואמים משטחים לא סדירים פותחים חללים עיצוב כי מעגלים מבוססי סיליקון קשיחים לא יכולים להגיע.עם זאת, גמישות מכנית זו מציגה אתגר הנדסי מתמשך: פיזור חום.

כדי לטפל צוואר הבקבוק הזה, החוקרים פנו אל ננו-חוטי כסף (AgNWs) אלה nanostructures חד-ממדיים משלבים את מוליכות תרמית פנימית גבוהה של כסף (429 W m-1 K-1) עם הציות המכאני הנדרש עבור מערכות גמישות.כאשר מוטבע לתוך מאטריקס פולימרט או מודפס כרשת, AgNWs ליצור מסלולים מוליכים שלא לחמם מאזורים רגישים לאחר בחינה זו, תוך כדי שמירה על ידי מחקר גמישה.

מה הם ננווטים של Silver?

ננווטים נמשכים, מבנים גבישיים של כסף מתכתי עם קוטרים בדרך כלל החל מ-20 nm ל 200 nm ואורך מ 5 מיקרומטר ל 50 מיקרומטר, נותן יחס של 50:1 ל 1000:1 או יותר. יחס הפן הגבוה שלהם הוא מפתח: הוא מאפשר היווצרות של רשתות כסף מקושרות ב סדקים נמוכים, מצמצם את כמות הכסף הדרוש ושימור השקיפות אופטית ביותר (Fite מופחתת) הוא ה-iollowed אורך של 1 (polateolateolate) הוא נמוך יותר (plinolate) אשר מעדיף את ה-policollowd)

AgNWs נבדלים ממערכות ננו-כסף אחרות - כגון חלקיקים, ננו-כוכבים, או ננודדים - על ידי יכולתם ליצור רשתות לחיקוי בטענות נמוכות מאוד. סף זיכרון טיפוסי ל מוליכות חשמלית ברשתות אגנו-וינטיות הוא מתחת ל-1 תנודתיות, וסף ההנצחה התרמית נמוך באופן דומה, אם כי בדרך כלל גבוה יותר כי התנהגות חום דורשת הן מסלולים מחוברים וזרימיים נמוכים.

האתגר של ניהול התרמומל באלקטרוניקה גמישה

הדור הוויטנאמי הוא בלתי נמנע, ג'ול מתחמם מהזרם הנוכחי, מחלף הפסדים, וחיכוך מכני במערכות דינמיות כולם תורמים לטמפרטורה עולה.במכשירים גמישים, הבעיה מוחפת על ידי מספר גורמים:

• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) התנגדות תרמית גבוהה בממשקים 1FLT: 1 , חיבור בין שכבות פעיל לבין מפיץ חום הוא לעתים קרובות עני.
• (ב) ,0) רפורמציה מכנית של כפל 1 (בהמשך ומתיחות) יכולה ליצור דלמנטום או סדקים שלוכדים חום.
• (ב) ,0) ,9) ,[דרוש מקור]: ‭ ‬המספר המוגבל של מבנים מפיץ חום.

בניגוד לאלקטרוניקה נוקשה, שבו ניתן לבצע חום דרך נתיב מתכת מתמשך, מעגלים גמישים חייבים להתאים לזן ללא fracturing. חומר ניהול תרמי עבור אלקטרוניקה גמישה ולכן חייב להיות FLT:0mally מולי התנהגות, מכני חזק מבחינה מכנית משטחים תחת פיזור מחזורי, ותואם עם ייצור מדרגי כסף קיבולת גבוהה יותר מאשר חלופות רבות, ולכן הם הפכו לנקודת מחקר.

מכניזם של Thermal Conductment with Silver Nanowires

תיאורית ההצבעה והתצורת הרשת

כאשר AgNWs מפוזרים במריצה פולימרית, הם יוצרים רשת אקראית.ה מוליכות של הגדלות המסובלות יותר מעל שבריר נפח קריטי - סף ההנצחה.תחת סף זה, הננווטים הם איים מבודדים; חום חייב לנסוע דרך פולימר המוליכים הנמוכה, כך מוליכות הכוללת נשארת ליד זה של המריצה מעל הסף, מסלול מתמשך (או רשת של מסלולים תרמיים) או יותר של מגנטיים, או יותר, על ידי 10.

סף ההנצחה תלוי ביחס היבט. חוטים ארוכים עם יחסים של היבטים גבוהים יותר להתחבר שברירי נפח נמוך יותר. עבור AgNWs עם יחסים היבטים >500, סף נמוך כמו 0.5 וולט% דווח.זה חיוני לשמירה על הגמישות והשקיפות של המסובייק, כי עומס מילוי נמוך מקטין מקטין מצמצם נוקשות ואופטיקה.

התנגדות בין-גזעית

גם אם קיימת רשת מתכתית רציפה, מוליכות תרמית של הרשת עצמה מוגבלת על ידי מגעים בין ננו-חוטים. בכל צומת, פונינים (נושאי החום העיקריים בכסף) נתקלו בערפל בלתי-התאמה בין חוט הכסף לבין מחצן פולימר או בין שני חוטי כסף המוסמכים עם שכבת PVP של שגרה.

• הסרת או החלפת ציפוי PVP באמצעות טיפול כימי או annealing תרמי.
• צומת Sintering על ידי הפעלת חום, לחץ, או דופק לייזר כדי למזג חוטים בנקודות מגע.
• היכרות עם ננו-חומר משני (למשל, תחמוצת גרפן) שמשגבת צומת עם התנגדות תרמית נמוכה יותר.

על ידי אופטימיזציה של איכות הצומת, מוליכות תרמית יעילה של רשת AgNW יכול לגשת לזה של כסף רב, אם כי ערכים מעשיים במתחרים הם בדרך כלל בטווח של 10-100 W-1 K-1, עדיין אחד לשני הזמנות של גודל גבוה יותר מאשר ממטריקס פולימר.

שיטות של שילוב Silver Nanowires

המאמר המקורי פרסם שלוש טכניקות משותפות, אנו מרחיבים אותן כאן יחד עם גישות חדשות יותר.

• (FLT:0) חדור לתוך פולימרים פולימר (FtricesFreaLT:1) - AgNWs מפוזרים בפתרון טרום-אפוקליפטי (למשל, PDMS או epoxy) אשר לאחר מכן לרפא.החוטים להינעל במקום, ויצרו כמות גדולה של מרוכבים.
• (FLT:0) הטבות אינדוקטיביות להדפסה: (AgNWs) נוסחו ל- Inks עם מתווך וכבל, ולאחר מכן מתודפסת מסך, הדפסה דיוג'ט, או הדפסה סילון אווירית על תת-שכבות גמישות.טכניקות אלה מאפשרות כתיבה ישירה של מסלולים תרמיים ותואמים עם ייצור רול-toroll.
• (FLT:0)Layered ציפויsFLT:1 - השעיה dilute AgNW הוא ריסוס-קוד, ספין-קוע, או מאיר-rod דבק על תת-קרקעית, יצירת סרט דק יותר לשילוב.
• (FLT:0) ElectrospinningFLT:1 - AgNWs מעורבים עם פתרון פולימרים ואלקטרוספגן לתוך ננופיבר הזדווגים.המרקם הלא שזוהההה כתוצאה מכך יש פורוזיות גבוהות וגמישות, מה שהופך אותו מתאים לתרמוגרף לביש.
• (FLT:0)3D הדפסה של תרכובות מורכבותFLT:1, AgNWs משולבים ב resesable photopolymerizable resins או thermoplastic filaments, המאפשר ייצור תוספת של מבני ניהול תרמי עם גיאוגרפיה מורכבת.

יתרונות ומסחר של Silver Nanowire Thermal Management

(ב) ויקרא י"ד:

• (ב) ,0) , מוליכים תרמיים גבוהים (FLT:1 ), כפי שצוין, רשתות AgNW יכולות להשיג התנהגות העולה על 100 W m-1 K-1.
• (ב) ⁇ :0) גמישות מכנית של LT:1 - החוטים יכולים להחליק ולעצב מחדש תחת לחץ, שמירה על קישוריות גם לאחר אלפי מחזורי חתירה.
• (FLT:0 שקיפות ויזואלית של שקיפות: 1) – בטענות נמוכות, סרטי AgNW יכולים להיות בעלי "90% משדרים בטווח הנראה לעין, מה שהופך אותם אידיאליים עבור תנורי חום שקוף ותצוגה.
• (ב) ,0) סינתזה של סינתזה (FLT:1) - תהליך הפולול הוא פשוט יחסית, ניתן בקנה מידה כדי לייצר ק"ג של ננווטים לכל אצווה.

(ב) ,0) ,2 ,2 ,2 , ⁇

• (FLT:0) אוקסידציה רגישות FLT:1 - טפילים כסף כאשר נחשפים לאוויר ולחות, במיוחד בטמפרטורות גבוהות.coming AgNWs עם שכבה דקה של גרפן או באמצעות שכבת שכבת אטומית (ALD) של אל2O3 יכול להפחית את זה, אך מוסיף מורכבות.
• (FLT:0) התנגדות בין-גזעית (FLT:1) - כפי שנדון, התנגדות צומת היא צוואר בקבוק גדול.Achieving נמוך צומת התנגדות לעתים קרובות דורש חטא תרמי, אשר יכול להפיג את הפולימרים substrate.
• (ב) ,0) CostveFLT:1 - כסף יקר בהשוואה חלופות מבוססות פחמן, אם כי הנפח הקטן הנדרש לסרטים דקים לשמור על עלויות חומריות סבירות.
• (ב) ⁇ :0) ודעה קדומה (FLT:1) - סרטי אגנונד מרוסס יכולים להיות מגופיים על פני השטח, אשר עלול להפריע לשכבות המכשיר הבאות.

ניתוח השוואתי עם חומרים ניהוליים אחרים

ננווטים של Silver מתחרים עם כמה ממלאים אחרים:

Material	Thermal Conductivity (W m⁻¹ K⁻¹)	Flexibility	Transparency	Cost
Silver nanowires	10–100 (composite)	Excellent	High (low loading)	Moderate
Copper nanowires	10–80	Excellent	Moderate	Low (copper is cheaper)
Carbon nanotubes (CNTs)	5–50 (aligned)	Good	Low	Moderate–high
Graphene nanosheets	10–50 (in‐plane)	Good (weak interlayer)	Moderate	Moderate
Boron nitride nanosheets	5–30	Fair	High	Moderate

קופר ננווטים הם מתחרה ישיר, עם יחסים דומים ונכסים מכניים, אבל נחושת מחומצת אפילו יותר בקלות מאשר כסף. פחמן ננוtubes ו גרפן מציעים צפיפות נמוכה יותר ועלויות נמוכות יותר, אבל מוליכות תרמית שלהם היא אנזוטרופית מאוד והם קשים יותר לפזר אחיד. עבור יישומים הדורשים שקיפות גבוהה ו מוליכות תרמית גבוהה, AgNW נשאר ביצועים העליון.

התקדמות חדשה במחקר

תחום הניהול התרמי של AgNW מתקדם במהירות.התפתחויות אחרונות בלתי ניתנות להשגה כוללות:

• (ב) [ה] [ה] [ה] [ה] [ה]] [ה]]] [ה]]][ה]]][ה]]]][ה]]]]][ה]]]]][ה]]]] [ה[[המאה ה-20]]]]]], ו[[המאה ה-20]], ה[[1924]],]], [[1924]],]],]], [[1924]],]], [[1924]],]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]
• (ב) [15] ,0) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) (ב) ,0) ,להובעה מחטאים (ב) 1 (החלל השני יכול למזג באופן סלקטיבי את צומת AgNW ללא חימום את המצע, שמירה על גמישותו של הסרט הבסיסי.
• (FLT:0) , Embedded microchannelsFLT:1 ; AgNWs שימש כדי ליצור דרך תרמית ב substrates גמישים microfluidic-cooled, המאפשרים הסרת חום פעיל עם קירור נוזל זורם דרך רשת nanowire.

יישומים ב-Generation Wireless

ניהול תרמי משופר מ AgNWs מאפשר מספר יישומים מרכזיים:

• (FLT:0) לפקחי בריאות בלתי צפויים 1FLT - טמפרטורה רציפה חישה והנתונים שידורים חום; התפשטות חום AgNW לשמור על טמפרטורת מגע העור נוח וחזית חיישן יציב.
• (FLT:0) סמארטפונים חכמים מבוקשים 1:1 - אזור hinge חווה זן חוזר שוב ושוב; תרכובת AgNW-polymer יכול להיות מחוספס על פני ה hinge להפיץ חום מהמעבד אל ה-Asassis, הימנעות כתמים חמים.
• (FLT:0) תצוגות FLT:1 - אור אורגני אור-הפחתת פיקסלים (OLED) הם רגישים טמפרטורה. שכבת AgNW שקופה מתחת לשכבת הנפלט פועלת הן כמו אלקטרודה והן חום מבוזר, שיפור אחידות בהירות.
• (FLT:0) גנרטורים אנדרומואלקטריים (FLT:1), תרמואלקטריים גמישים יכולים לקציר חום גוף; AgNWs לספק חיבור חשמלי בעל השפעה נמוכה תוך כדי ביצוע חום לצד החם של המכשיר.
• (FLT:0 ,Smart ArcioFLT:1) - ניתן להשתמש בסרטים מחסנים AgNWated כ"מחוסנים חום, תרמילי התנהגות עבור מעגלים גמישים במוצרי צרכנים.

אתגרים וכיוונים עתידיים

למרות התקדמות משמעותית, כמה hurdles להישאר לפני ניהול תרמי AgNW הופך להיות ubiquitous.FLT:0-טווח אמינות לטווח ארוך FLT:1 תחת התכה מחזורית ולחות דורש הפחתה חזקה.

הנחיות עתידיות כוללות:

• פיתוח nanowires הליבה (למשל, Ni@Ag) כדי להפחית את השימוש בכסף תוך שמירה על מוליכות.
• שילוב רשתות AgNW לתוך מערכות קירור פעיל, כגון קרירות אלקטרוקלאורקלאורקלאורקלאורית או מגנטית שמדליקים חום.
• אופטימיזציה של מורפולוגיה של רשת - שימוש באלגוריתמים כדי לחזות את אורך החוט הטוב ביותר, קוטר וצפיפות צומת עבור דרישה תרמית נתונה.
• תרכובות AgNW מותאמות לאלקטרוניקה transient, שבו המכשיר מתמוסס לאחר השימוש והכסף התאושש או מפוזר באופן בלתי מזיק.

מסקנה

ננווטים כסף הוכיחו להיות פתרון תכליתי ויעיל לשיפור מוליכות תרמית באלקטרוניקה גמישה.שילוב הייחודי שלהם של התנהגות תרמית פנימית גבוהה, גמישות מכנית, וסף זיהום נמוך הופך אותם אידיאליים לניהול חום במכשירים שאינם יכולים להסתמך על עומסי חום קשיחים. בעוד אתגרים הקשורים חמצון, עמידות בין-גזעית, ועלויות קבועות, תוך כדי מעבר, היברידיות, וטכניקות מתקדמות יותר, הן יעילות יותר, כמו גם שיטות ניהוליות, הן יעילות יותר, יעילות יותר, הן יעילות, יעילות יותר, הן יכולות להיות יעילות יותר, והן יעילות יותר, הן שיטות מתקדמות יותר, והן יעילות יותר, והן יעילות יותר, והן יעילות יותר, כמו גם שיטות ניהוליות, כמו גם שיטות מתקדמות יותר, כמו גם שיטות סטנדרטיות, יעילות יותר, יעילות יותר, והן יעילות יותר, והן יכולות להיות יעילות יותר, והן יעילות יותר, כמו גם שיטות ניהוליות, יעילות יותר, כמו גם שיטות ניהוליות, יעילות יותר, יעילות יותר, יעילות יותר, והן יכולות להיות יעילות יותר, יעיל יותר, כמו גם שיטות ניהוליות, כמו גם שיטות ניהוליות, יעילות יותר, כמו גם שיטות ניהוליות, כמו גם שיטות ניהוליות, כמו שיטות מתקדמות יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, כמו גם שיטות ניהוליות, יעיל יותר, יעיל יותר, כמו שיטות