苯并三唑功能化的离子液体与超润湿性辅助转移技术，实现了基于空气稳定型大面积铜纳米线的柔性透明电极

《Advanced Science》：Benzotriazole-Functionalized Ionic Liquid and Superwettability-Assisted Transfer Enable Air-Stable, Large-Area Copper Nanowires-Based Flexible Transparent Electrodes

柔性透明电极的氧化稳定化：离子液体功能化铜纳米线网络及其在智能窗中的应用

　　铜纳米线（CuNWs）因其在柔性透明电极领域的潜力而受到广泛关注。然而，CuNWs在空气中容易发生氧化反应，导致导电性能下降，这在大规模电极制备过程中尤为显著。为此，研究人员提出了一种以苯并三唑功能化的离子液体（[BTAMMIM]TFSI）作为抗氧化层的解决方案，旨在保护CuNWs网络免受氧化影响，同时保持其良好的导电性和透明度。这一方法不仅提升了CuNWs电极的稳定性，还为大规模制备提供了新的思路。

在研究中，[BTAMMIM]TFSI被选为抗氧化保护层，其作用机制主要基于离子液体中苯并三唑功能化的阳离子与[TFSI]阴离子之间的协同配位作用。这种配位效应能够有效抑制铜纳米线在空气中的氧化反应，同时不会显著影响其导电性能。通过实验和理论计算，研究人员发现，在60天的空气中暴露后，经过[BTAMMIM]TFSI保护的CuNWs电极的表观电阻仅增加了0.54%，而未被保护的CuNWs电极则增加了显著的幅度。这表明，[BTAMMIM]TFSI具有优异的抗氧化性能，为CuNWs在实际应用中的长期稳定性提供了可靠保障。

为了实现大规模的CuNWs电极制备，研究团队引入了一种基于超疏水辅助转移策略的工艺。该方法利用了不同溶剂之间的表面张力差异，使得CuNWs能够自发地从空气-水界面转移到基底上。这一过程不仅提高了CuNWs薄膜的均匀性和可重复性，还避免了传统氧化层处理方法对电极表面形貌和透明度的影响。结合[BTAMMIM]TFSI的抗氧化保护作用，研究人员成功制备出尺寸为40×25厘米的CuNWs@[BTAMMIM]TFSI复合电极。这些电极在550纳米波长下的透光率达到88.2%，表观电阻为37.2欧姆/平方，表现出良好的导电性和光学性能。

除了空气稳定性，CuNWs@[BTAMMIM]TFSI复合电极还展现出对极端环境的优异耐受性。在pH值为3和13的酸性和碱性溶液中，其表观电阻仅分别增加了2.4倍和1.9倍，远低于未被保护的CuNWs电极（分别增加了136倍和133倍）。这说明该复合电极在化学环境中具有较强的稳定性。此外，在85摄氏度和85%相对湿度的条件下，其表观电阻仅增加了3倍，而未被保护的CuNWs电极则完全失效，表明其在高湿和高温环境下依然保持良好的导电性能。

为了验证CuNWs@[BTAMMIM]TFSI复合电极的实际应用价值，研究团队将其用于柔性智能窗户的构建。这种智能窗户能够在施加交流电压后实现从不透明到透明的转变，透光率在100伏电压下从6.1%提升至68.2%。更令人惊喜的是，其响应时间仅为0.2秒以内，展现出极高的响应速度。此外，经过60摄氏度加热2小时后，该智能窗户的透光率几乎保持不变，而使用CuNWs电极的智能窗户则出现了明显的透光率下降。这一结果表明，[BTAMMIM]TFSI不仅能够有效保护CuNWs免受氧化影响，还能显著提升其在高温环境下的稳定性。

研究还通过扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）对CuNWs电极的微观结构和厚度进行了表征。结果表明，经过[BTAMMIM]TFSI处理的CuNWs电极在形貌上保持了良好的完整性，而未处理的电极则因氧化反应导致结构破坏。同时，AFM测量显示，随着CuNWs表面密度的增加，电极的厚度也随之增加，这与电极导电性能的提升相一致。

从更广泛的角度来看，CuNWs作为柔性透明电极材料，具有替代传统透明导电材料（如氧化铟锡，ITO）的潜力。与ITO相比，CuNWs不仅具有相似的电导率，而且在资源丰富性和成本方面具有明显优势。然而，由于CuNWs容易被氧化，其在实际应用中受到限制。因此，开发一种高效的抗氧化保护策略显得尤为重要。本研究通过引入[BTAMMIM]TFSI这一新型离子液体，不仅实现了对CuNWs的高效保护，还通过优化制备工艺，使得其能够大规模应用。这种结合了离子液体抗氧化性能和超疏水辅助转移策略的方法，为未来柔性电子器件的发展提供了新的方向。

此外，该研究还强调了CuNWs在机械性能上的优势。通过弯曲测试，研究人员发现，无论是CuNWs电极还是CuNWs@[BTAMMIM]TFSI复合电极，其表观电阻在不同弯曲半径下几乎保持不变，甚至在1000次弯曲循环后仍能保持稳定。这表明，CuNWs具有良好的柔韧性，能够满足柔性电子器件对材料机械性能的要求。相比之下，传统的ITO电极由于其脆性，在弯曲过程中容易发生断裂，导致导电性能下降。因此，CuNWs@[BTAMMIM]TFSI复合电极在机械稳定性方面表现出显著优势。

在实际应用中，CuNWs@[BTAMMIM]TFSI复合电极不仅可用于智能窗户，还可能拓展至其他柔性电子设备，如可穿戴电子产品、柔性显示屏和传感器等。其优异的导电性、高透光率以及良好的环境适应性，使其成为下一代柔性透明电极的理想候选材料。特别是在对环境稳定性要求较高的应用场景中，如高温、高湿或酸碱条件下的电子设备，这种复合电极展现出良好的性能。

本研究的创新点在于，通过结合离子液体的抗氧化特性与超疏水辅助转移策略，成功实现了CuNWs的大规模制备和稳定性能的提升。这种方法不仅避免了传统抗氧化层处理过程中对电极表面形貌的破坏，还简化了工艺流程，使得大规模生产成为可能。此外，研究团队还通过实验验证了该电极在实际应用中的性能表现，为后续的商业化和工程化应用奠定了基础。

综上所述，CuNWs@[BTAMMIM]TFSI复合电极的开发，不仅解决了CuNWs在空气中易氧化的问题，还提升了其在复杂环境下的稳定性，为柔性透明电极材料的应用开辟了新的可能性。随着柔性电子技术的不断发展，这类材料有望在未来智能建筑、可穿戴设备和柔性显示等领域发挥重要作用。