阅读“零点学术”科研综述，快速掌握前沿动态

全文阅读需3分钟，图片均引自原文

溶液加工2D材料在印刷电子领域中有着诸多应用前景，在上一期推送中介绍了一篇讨论2D材料墨水在制备、沉积工艺及器件应用方面的发展现状以及技术瓶颈的综述。本期将回顾年发表于NatureReviewMaterials的另一篇综述《Theelectricalconductivityofsolution-processednanosheetnetworks》，进一步介绍溶液加工2D材料薄膜的纳米片网络形貌与薄膜电学性能之间关系的相关模型及机理。

D材料溶液及加工工艺

2D材料溶液的制备主要包括液相剥离（LPE）和电化学剥离（EE）两类方法，其中LPE是指通过超声或剪切等物理作用来获得多分散2D纳米片分散液，具有数百纳米的尺寸和1-20层的厚度；EE可以通过离子插层增大片间距离来获得更薄、尺寸更大的纳米片分散液，但离子的引入也更容易产生面内缺陷。分散液需要进一步提纯才能得到2D材料墨水，这需要根据沉积技术的不同来优化纳米片尺寸、通过溶剂、粘结剂、表面活性剂来调整溶液的流变性能。

图1.2D材料剥离及墨水制备工艺

沉积工艺可以分为接触式和非接触式沉积两类，分别对应浓（30g/L）和稀（5g/L）两种特征的墨水需求。接触式沉积包括丝网印刷、刮涂、卷对卷等工艺，需要中高粘度的墨水，形成薄膜的厚度通常大于10μm；非接触式沉积包括喷涂、喷墨打印等工艺，为了避免喷嘴堵塞的问题需要低粘度的墨水，制备薄膜的厚度更低，但容易出现不均匀、材料网络不连续等问题。02片间结电阻的影响因素

2D纳米片形成的薄膜中通常具有较多的空隙，并且相邻纳米片之间通过结连接起来，材料网络通过载流子在结间的跃迁或隧穿来实现导电。因此类似于纳米管和纳米线，纳米片网络的电阻主要由纳米片电阻和片间结电阻两部分串联（图2），前者取决于材料本身的性能，后者则取决于材料网络的结构形貌。以半导体应用为例，纳米片之间排列方式的不同可以造成迁移率数量级的差异，随着对准方式从点接触变为面接触，电阻逐渐由片间电阻主导转变为片内电阻主导，因而薄膜的迁移率可上升近两个数量级。

图2.纳米片网络结构与电学性能之间的联系

上述讨论中提到，网络结构的形貌可以显著影响薄膜的导电性质，通过后处理工艺或者调节纳米片尺寸是优化形貌的主要方法。例如热退火或光学退火通过提高温度，使残余杂质分解、挥发而提高网络结构的紧密度；压延工艺直接通过物理压缩的方式来降低孔隙率、提高面接触比例；纳米片的尺寸、厚度都会影响到片间结的形成质量，而更高质量的结可以提高导电性能。03

纳米片网络的导电机理

结合文献报道的数据，该综述讨论了纳米片网络的导电模型，可以为特定情况下讨论电学性能提供理论支持。首先，网络导电率仍然与载流子浓度和迁移率呈正比关系，因此提高网络导电性的关键在于优化网络整体的迁移率。其次，在纳米管或纳米晶体的网络结构中，结电阻占据主导因素，这使得在中高温度下表现出热活化行为。类比至纳米片网络，迁移率同样表现出类似Arrhenius的行为，与温度、活化能表现出相关性，并且活化能随着2D材料带隙增大而增大。另外，考虑到结电阻与网络结构形貌的联系，电导率、迁移率可以建立起与纳米片厚度、结电阻、网络孔隙率之间的近似函数，根据形貌可以定性或半定量地判断导电性。图3.相关文献的电性能数据汇总图4.影响结电阻的材料参数总结

溶液加工的2D材料薄膜具有复杂的网络结构，这使得纳米片间的结电阻是决定网络导电性能的关键因素。同时，剥离工艺、纳米片尺寸、沉积工艺、残余物、后处理工艺等通过调节结构形貌来影响结电阻的大小和质量，进而影响最终的导电性能。尽管1D或0D材料网络的导电模型可以提供一个简单的参考范本，然而2D材料类型繁多且性能差异大，要准确描述其网络结构的导电行为显然还任重道远。

相关阅读：

综述快读

Nat.Rev.Mater.，2D材料墨水

文献解读

Nat.Commun.，基于溶液法2D材料的晶圆级忆阻器阵列

完

参考文献

Theelectricalconductivityofsolution-processednanosheetnetworks.NatureReviewMaterials,,10./s---w.

Scivision

转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkcf/714.html