Comprehensive Stability Improvement of Silver Nanowire Networks via Self-Assembled Mercapto Inhibitors.

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2018
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Abstract
Instability of silver nanowire (AgNW) has been regarded as a major obstacle to its practical applications in optoelectrical devices as transparent electrodes. Physical barrier layers such as polymer, metal, and graphene have been generally employed to improve the stability of AgNW in previous study. Herein, we first report self-assembled organothiols as an inhibitor for AgNW to achieve an overall enhancement in antioxidation, antisulfidation, thermal stability, and anti-electromigration. The self-assembled monolayers (SAMs) of phenyl azoles, methoxy silane, and methyl alkane were formed on the surface of AgNW via Ag-S covalent bond as barrier layers which provided protective effects against corrosives (e.g., O, HS). In particular, the decoration of 2-mercaptobenzimidazole (MBI) offered the best resistance to HS and excellent stability under a high-temperature and high-humidity environment (85 °C and 85 RH %) for 4 months. Moreover, different SAMs exhibited a stabilizing or destabilizing effect on Plateau-Rayleigh instability of AgNW, which realized the tunability of degradation temperature of AgNWs, for example, increasing by ≥100 °C with MBI SAM or decreasing by ∼50 °C with octadecanethiol SAM compared with pristine AgNWs. Notably, the MBI-decorated AgNWs could survive at 400 °C which is by far the highest bearing temperature for solution-processed AgNW film. As a result, a transparent heater made of the MBI-AgNWs exhibited superior heating characteristics (higher working temperature and durability), as compared with the pristine AgNW-based heater. Our findings on the organothiols decoration not only provide a new paradigm in overall stability improvement of NW of noble metals but also show the potential in morphology controllability of metal NW.
Die Instabilität von Silbernanodrähten (AgNW) gilt als ein wesentliches Hindernis für deren praktische Anwendung als transparente Elektroden in optoelektronischen Bauelementen. In bisherigen Studien wurden im Allgemeinen physikalische Barriereschichten wie Polymere, Metalle und Graphen eingesetzt, um die Stabilität von AgNWs zu verbessern. Hier berichten wir erstmals über selbstorganisierende Organothiole als Inhibitor für AgNWs, um eine umfassende Verbesserung hinsichtlich Oxidationsbeständigkeit, Sulfidierungsbeständigkeit, thermischer Stabilität und Elektromigrationsbeständigkeit zu erzielen. Auf der Oberfläche der AgNWs wurden über kovalente Ag-S-Bindungen selbstorganisierende Monolagen (SAMs) aus Phenylazolen, Methoxysilanen und Methylalkanen als Barriereschichten gebildet, die eine Schutzwirkung gegen korrosive Medien (z. B. O, HS) boten. Insbesondere die Funktionalisierung mit 2-Mercaptobenzimidazol (MBI) gewährleistete die beste Beständigkeit gegen HS und eine hervorragende Stabilität unter Hochtemperatur- und Hochfeuchtigkeitsbedingungen (85 °C und 85 % r. F.) über einen Zeitraum von 4 Monaten. Darüber hinaus zeigten verschiedene SAMs eine stabilisierende oder destabilisierende Wirkung auf die Plateau-Rayleigh-Instabilität der AgNWs, wodurch die Degradationstemperatur der AgNWs gezielt eingestellt werden konnte – beispielsweise durch einen Anstieg um ≥ 100 °C mit einer MBI-SAM oder eine Absenkung um ∼50 °C mit einer Octadecanthiol-SAM im Vergleich zu unmodifizierten AgNWs. Bemerkenswerterweise hielten die MBI-funktionalisierten AgNWs Temperaturen von 400 °C stand, was die mit Abstand höchste Belastungstemperatur für aus Lösung verarbeitete AgNW-Filme darstellt. Infolgedessen wies ein aus den MBI-AgNWs hergestelltes transparentes Heizelement im Vergleich zu Heizelementen auf Basis unmodifizierter AgNWs überlegene Heizeigenschaften (höhere Betriebstemperatur und Lebensdauer) auf. Unsere Erkenntnisse zur Funktionalisierung mit Organothiolen stellen nicht nur ein neues Paradigma zur umfassenden Stabilitätsverbesserung von Edelmetall-Nanodrähten dar, sondern demonstrieren auch das Potenzial zur morphologischen Kontrolle von Metall-Nanodrähten.
Reference Key
liu2018comprehensiveacs Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors Liu, Gui-Shi;Xu, Yuwang;Kong, Yifei;Wang, Li;Wang, Ji;Xie, Xi;Luo, Yunhan;Yang, Bo-Ru;
Journal ACS applied materials & interfaces
Year 2018
DOI
10.1021/acsami.8b13329
URL
Keywords
stability silver nanowire self-assembled monolayer mercapto functional azoles transparent heater

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