摘 要

作为当前发展潜力最大的新一代柔性透明电极，银纳米线透明电极有着良好的光电性能，在可见光范围内有着相当高的透过率，同时兼顾着高导电性的优势。关于银纳米线透明电极光电性能的各方面研究一直在进行中。目前，其光电性能与几何特征关系的定性关系已得到普遍认同。本次研究正是针对银纳米线透明电极的光电性能与其几何特征的关系进行定量分析。本次课题研究中，主要依据银纳米线的逾渗理论，采用蒙特卡罗方法建立银纳米线透明电极模型，计算分析其光电性能与几何特征之间的关系。首先，利用MATLAB计算出在不同分布条件、不同线密度下处于逾渗转变状态的电极中银纳米线长度阈值大小。其后，在COMSOL Multiphysics中建立需要的银纳米线模型。接下来，控制银纳米线透明电极的线密度、银纳米线长度和半径等几何特征，模拟仿真得到相应的方阻和透过率。最后，将几何特征数据和光电性能模拟计算数据结合在一起进行必要的处理分析，验证两者之间的定性关系之余，以方程式的形式总结出了两者的定量关系。

关键词：银纳米线，透明电极，光电性能，几何特征，模拟仿真

Abstract

As the most promising alternatives for next-generation flexible transparent electrodes, silver nanowire films have superb photoelectric performance, including very high optical transparency in the visible region, as well as high conductivity. Research about the photoelectric properties of silver nanowires transparent electrodes has been ongoing. Currently the qualitative relationship between the photoelectric performance and geometric characteristics has been widely accepted. This thesis is to quantitatively study the relationship between the photoelectric performance of silver nanowire films and their geometrical characteristics. Here, the percolation theory of silver nanowires and Monte Carlo method are used to establish the model of silver nanowire films, in order to calculate and analyze the relationship between the photoelectric performance and geometric characteristics. Firstly, the length threshold of the silver nanowires electrode with different distribution conditions and different densities is calculated by MATLAB. Secondly, silver nanowire models in need are established by COMSOL Multiphysics.Then, with the geometrical characteristics of the silver nanowire films changed,such as the nanowire size (including length diameter),and the density on the substrate, its sheet resistance and transmittance could be obtained by simulation. Finally, the data of geometric characteristic and the photoelectric performance are combined to figure out their relationship quantitatively and qualitatively.

Key words: silver nanowires, transparent conductor, Photoelectric, performance, geometrical characteristics. simulations

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景、目的及意义 1

1.2 国内外研究现状分析 2

1.3 课题研究的主要内容 3

第2章 银纳米线透明电极光电性能分析原理 5

2.1 银纳米线电极的逾渗理论 5

2.2 蒙特卡罗模拟 5

2.3 银纳米线透明电极光电性能的理论推导 6

第3章 设计过程及其结果 8

3.1 银纳米线逾渗长度阈值的理论模拟计算 8

3.1.1 基于MATLAB软件的的理论模拟 8

3.1.2 银纳米线长度阈值的计算结果 11

3.2 银纳米线电极方阻的理论模拟计算 13

3.2.1 基于COMSOL软件的理论模拟 13

3.2.2 电极方阻的模拟计算结果 14

3.2.3 模型优化后方阻的模拟计算结果 17

3.2.4 银纳米线电极方阻的结果对比分析 20

3.3 银纳米线电极透过率的理论模拟计算 20

3.3.1 电极光透过率的理论模拟 20

3.3.2 电极光透过率的计算结果 21

第4章 课题设计结论 23

参考文献 25

附录A 27

附录B 30

致 谢 31

第1章 绪论

1.1 研究背景、目的及意义

随着近几年科技的高速发展，电子智能产品的发展日新月异，柔性电子时代已逐渐来临。柔性电子是一种将有机或无机材料在柔性强的柔性基板上制作成电子设备的一种新兴电子技术。不同于刚性易碎的传统电子产品，柔性电子器件有着惊人的弯曲性，不再局限于固定的形状，可应用于柔性显示设备、可穿戴式电子产品、传统消费电子行业、智能家居行业、医疗领域以及汽车和航天领域等等。

对于这些柔性电子设备来说，选用合适的透明导电电极是极其必要的。传统的透明导电材料是铟锡氧化物（ITO）。它们在过去几十年里一直占据着市场主导地位，然而对于柔性电子设备来说，ITO薄膜具有一个致命的缺陷——类似于陶瓷的脆性。与此同时，稀有金属铟的价格大幅上涨，将极大地推高ITO生产成本。而在商业制造中追求的是具有大规模且低成本的特点，因此，发展新型透明导电电极势在必行。

纳米材料的大力发展为发展新型透明电极提供了机会，被提出可替代ITO材料有导电聚合物、碳纳米管材料、石墨烯薄膜、金属网格和金属纳米线等等^[1]。