研究背景

隨著科技的發展，超薄柔性透明電極（uFTEs）在諸如可穿戴光電子設備、植入式生物電子學、軟體機器人等現代設備創新領域中備受關注。其具有高度的兼容性和舒適性，成爲了科學家們關注的焦點。然而，爲了實現這些應用，需要解決衆多方面的挑戰。其中，包括了傳統制備方法的複雜性、高成本以及低效率等問題，以及對材料性能的嚴格要求，例如低電阻、高透射率和平滑的表面形態等。

成果簡介

在解決這些挑戰的過程中，香港大學Wallace C. H. Choy教授聯合香港科技大學化學系蘇海斌教授等人提出了使用溶液處理方法來制備uFTEs，以實現更快、更簡便、更低成本的生産。同時，他們還探索了不同的材料組合和制備工藝，以提高uFTEs的性能和穩定性。

具體來說，團隊發現了一種新的解決方案，即利用金屬氧化物半導體納米材料與銀納米線的液態行爲，實現了uFTEs的高操作穩定性和優異的性能。通過這些努力，團隊成功地提高了uFTEs的制備效率和性能，爲其在各種應用領域中的廣泛應用奠定了基礎，以上研究在Nature communication發表題爲“Tri-system integration in metal-oxide nanocomposites via in-situ solution-processed method for ultrathin flexible transparent electrodes”的研究成果。通過解決其制備過程中的挑戰和研究難點，研究者們已經取得了令人矚目的進展，並爲其未來的應用提供了更加可靠的基礎。

圖文導讀

爲了提高基板集成式透明電極（uFTEs）的操作穩定性，作者通過三系統集成（Tri-System Integration）進行了一系列實驗。首先在圖1a中通過圖解展示了通過iSPM處理金屬氧化物納米複合材料的制備過程，以及將納米複合電極半嵌入cPI基板的完整制備流程。在圖1b中展示了制備的極薄基板集成式uFTEs的光學照片，表明該技術的可行性。在圖1c中通過實時監測操作電流密度，作者展示了具有三系統集成的uFTEs相對于沒有該集成的uFTEs在多重加載條件下的操作穩定性的顯著提高。實驗結果可知，通過iSPM處理和cPI基板的加工，以及實時監測測試，作者成功提高了基板集成式uFTEs的操作穩定性，爲其在實際應用中的應用提供了可靠支持。

圖1. 三系統集成的堅固基底集成 UFTE 的高運行穩定性

在圖2中作者通過透射電子顯微鏡（TEM）圖像展示了三個關鍵界面的變化。在AgNW-AgNW界面（圖a、b）上，iSPM前後顯示出不同的結構，後者消除了阻擋劑層，使得AgNW能夠直接接觸，從而提高了電流傳輸效率。在ZnONP-ZnONP界面（圖c、d）上，iSPM後ZnONP之間發生物理融合，增加了接觸面積，提高了熱傳遞效率。而在AgNW-ZnONP界面（圖e、f）上，iSPM消除了阻擋層，使得ZnONP能夠緊密附著在AgNW表面，形成更強的粘附接觸，促進了熱傳遞。此外，通過掃描電子顯微鏡（SEM）圖像（圖g、h）展示了具有三系統集成的uFTEs表面更加平滑，進一步提高了性能。結果表明iSPM技術的應用有效實現了三系統集成，爲基板集成式uFTEs的制備提供了新的途徑，並爲其在各種電子設備中的應用奠定了基礎。

圖2. 通過 iSPM 實現的三系統集成和基底集成 UFTE 極其光滑的表面

圖3展示了通過原位透射電子顯微鏡（TEM）觀察的ZnONP動力學演化過程。在圖3a中展示了兩個ZnONP的原位凝聚過程，從它們相距較遠的初始階段開始，逐漸融合形成一個直徑約爲4nm的圓形結構。這一過程在圖3b中以一個ZnONP與AgNW表面的碰撞事件開始，隨後ZnONP開始潤濕並擴展到表面。圖3c和d展示了其他ZnONP與AgNW表面的碰撞事件，隨後的潤濕過程。

研究發現，ZnONP在清潔的AgNW表面上表現出類似于粘性液體的潤濕行爲，其潤濕過程遵循著液體的擴散規律。此外，圖3e說明了ZnONP的尺寸對其潤濕動力學的影響，顯示出潤濕半徑與時間的平方根成正比的關系，符合粘性液體的特征。這些結果表明，iSPM能夠促進ZnONP之間的凝聚和在AgNW表面的潤濕，爲構建高效的AgNW-ZnONP界面提供了重要線索。

圖3. ZnONPs 與 AgNWs 的原位動態關系

結論與展望

本研究通過開發整體溶液加工的極薄基板集成透明電極（uFTEs）取得了在多方面（機械、電學、熱學和濕度穩定性）具有卓越操作穩定性的顯著成果。三系統集成的成功實現，即Ag納米網絡（AgNWs）和氧化鋅納米顆粒（ZnONPs）的複合電極，通過iSPM方法在納米層面實現了卓越的結構控制。

該研究深入解析了AgNW-AgNW、ZnONP-ZnONP和AgNW-ZnONP的三系統集成，並揭示了iSPM對AgNW表面有機殘留物的去除、ZnONP幾何形狀靈活演變以及ZnONP在AgNW上表現出的液態行爲。這項研究不僅爲uFTEs的工程應用提供了理論指導，而且對納米材料混合組合的集成提供了新的科學啓示，推動了透明電極技術的發展，爲未來高效光電器件的設計和制備奠定了基礎。

文獻信息

Kim, J.J., Shuji, K., Zheng, J. et al. Tri-system integration in metal-oxide nanocomposites via in-situ solution-processed method for ultrathin flexible transparent electrodes. Nat Commun 15, 2070 (2024).