柔性透明導電薄膜（FTC-TF）是構建高性能柔性電子產品和顯示器件不可或缺的元件。雖然具有固有柔性的導電有機材料已被廣泛用于制備柔性電極，但其通常存在導電率相對較低以及在長時間暴露于空氣中時快速老化的問題。近年來，超細的一維無機納米結構，如石墨烯、碳納米管（CNT）、金屬納米線（NWs）/膜，因具有優異的導電性、穩定性以及可承受大的彎曲或拉伸應變的特性，被認為是編織準連續FTC網格的理想材料。然而，由于通過旋涂或堆疊方法制備的導電薄膜通常為隨機分布的松散交叉結構，需要進行多層堆疊（Nst≥5）以獲得準連續的交聯、高導電性的連通網格，不僅降低了透光度，而且仍將存在較大的接觸電阻以及彎曲時的結構/電不穩定性等問題。因此，如何將這些超薄一維導電NW在空間上精準排列以形成最佳的網格互連，仍是一個巨大的挑戰。
針對此難點，南京大學余林蔚教授團隊提出了一種基于可定位生長和形貌編程晶硅納米線（nanowires, NWs）的兩層正交堆疊柔性透明導電薄膜的可靠制備策略。首先，基于課題組自主創新的面內固-液-固（In-plane solid-liquid-solid, IPSLS）納米線生長模式[1-6]，引導生長具有直線/彈簧狀形狀的超長、精細（直徑~120 nm）晶硅納米線陣列；之后，將SiNW陣列可靠地轉移并交叉堆疊在柔性聚酰亞胺（PI）膜上，以編織具有可設計能力的正交堆疊布局的準連續網格。最后，為了提高網格的導電性，在PI襯底上的SiNWs上濺射金屬Ni薄膜并在350℃下退火，將其轉變為高導電性的SiNi合金NWs。獲得的NW網格在交叉點處可實現直接導電連接，而不用使用任何其他金屬電極輔助連接。研究還表明，通過硅化物NW形貌的彈性設計，SiNi FTC網格的柔性可以大大增強，并獲得~90 %的透射率、130 Ω·sq?1的等效薄層電阻以及可在2 mm曲率半徑下循環重復彎曲>1000次的穩定電學特性。
這些結果突出了合金NW的最佳堆疊方式、精確組裝/焊接和彈性形貌設計的獨特能力，有望為未來的先進柔性電子、顯示器和生物接口傳感器的集成制備提供新一代高性能FTC薄膜材料。
圖1兩層堆疊的有序NW網格是獲得兼具高導電性和透明度的FTC-TF的理想結構
圖2 正交堆疊高導電硅化物納米線網格的制備流程
圖3 SiNi FTC薄膜的電學連續性、導電性及透明度測試
圖4 柔性PI襯底上SiNi FTC薄膜的彎曲性能測試
圖5 有限元模擬分析彈簧狀SiNi FTC薄膜的拉伸應力分布
此工作以“Orthogonal-stacking integration of highly conductive silicide nanowire network as flexible and transparent thin films”為題發表于《Advanced Electronic Materials》。其中，南京大學電子科學與工程學院博士生袁榮榮同學為論文第一作者，余林蔚教授和劉宗光副研究員（2023年7月入職揚州大學特聘教授）為論文通訊作者。此工作的開展得到了南京大學陳坤基教授、徐駿教授、施毅教授和王軍轉教授的支持和指導，以及國家自然科學基金重大研究計劃重點項目、面上和青年項目的資助。
論文信息：Orthogonal-stacking integration of highly conductive silicide nanowire network as flexible and transparent thin films. Rongrong Yuan, Wentao Qian, Ying Zhang, Zongguang Liu*, Junzhuan Wang, Jun Xu, Kunji Chen and Linwei Yu*.
https://doi.org/10.1002/aelm.202201185（OpenAccess）
相關前期工作:
1.High-fidelity moulding growth and cross-section shaping of ultrathin monocrystalline silicon nanowires. Yifei Liang, Wentao Qian, Ruijin Hu, Xin Gan, Shuqi Shi, Yating Li, Junzhuan Wang*, Zongguang Liu, Daowei He, Yi Shi, Jun Xu, Kunji Chen, Linwei Yu*, Applied Surface Science. 2023, 635: 157635.
2.Converging-guiding-track design enables 100% growth deployment rate of ultrathin monocrystalline silicon nanowire channels. Wentao Qian, Yifei Liang, Junzhuan Wang, Zongguang Liu, Jun Xu, Linwei Yu*. Applied Physics Letter. 2023, 122, 173101.
3.Highly stretchable high-performance silicon nanowire field effect transistors integrated on elastomer substrates. Xiaopan Song, Ting Zhang, Lei Wu, Ruijin Hu, Wentao Qian, Zongguang Liu,* Junzhuan Wang, Yi Shi, Jun Xu, Kunji Chen, and Linwei Yu*. Advanced Science. 2022, 9: 2105623.
4.Designable Integration of Silicide Nanowire Springs as Ultra-Compact and Stretchable Electronic Interconnections. Rongrong Yuan, Wentao Qian, Zongguang Liu*, Junzhuan Wang, Jun Xu, Kunji Chen, Linwei Yu*. Small, 2021, 2104690.
5.Ab initio design, shaping and assembly of free-standing silicon nanoprobes. Zongguang Liu, Jiang Yan, Haiguang Ma, Tiancheng Hu, Junzhuan Wang, Yi Shi, Jun Xu, Kunji Chen and Linwei Yu*, Nano Letters, 2021, 21(7): 2773-2779.
6.Planar Growth, Integration, and Applications of Semiconducting Nanowires. Ying Sun, Taige Dong, Linwei Yu,* Jun Xu,* Kunji Chen, Advanced Materials, 2020, 32: 1903945.
余林蔚教授課題組簡介：
https://ese.nju.edu.cn/yly_24153/list.htm
招聘副教授、博士后各2名：
1. 硅基集成電路先進制備工藝；
2. 柔性晶硅電子、傳感和NEMS應用。
基本要求：
1. 政治立場堅定，遵紀守法，身體健康，符合學校入職要求；
2. 科研興趣濃厚，具有創新意識，發表過高水平學術論文；
3. 科學態度嚴謹，具有團隊合作精神；
待遇：面議
聯系方式：yulinwei@nju.edu.cn
