高电稳定性银-金核壳纳米线透明导电薄膜的制备与界面机制研究

银纳米线(AgNWs)基透明导电薄膜(TCFs)作为ITO的替代材料面临电稳定性挑战。浙江大学团队通过原位还原法构建10 nm金壳包覆的Ag-Au核壳纳米线(Au@AgNWs)，采用狭缝涂布技术制备的TCFs在550 nm波长下透光率达92%、方阻45 Ω/sq，12 V连续工作18小时后电阻仅增加1.4倍。DFT计算揭示Au壳通过形成1.49 J·m-2强粘附界面和0.047 J·m-2低界面能抑制银原子迁移，为柔性光电器件电极设计提供新思路。

　　

在柔性电子设备蓬勃发展的今天，透明导电薄膜(Transparent Conductive Films, TCFs)作为核心组件却面临"卡脖子"难题。传统氧化铟锡(ITO)薄膜虽性能优异，但其脆性大、成本高的缺陷严重制约了可穿戴设备的发展。银纳米线(Silver Nanowires, AgNWs)因其优异的柔性和导电性被视为理想替代品，然而实际应用中却暴露出致命弱点——在持续通电条件下，由于焦耳热和电迁移(Electromigration)效应，纳米线网络会迅速失效，导致器件性能断崖式下降。

针对这一行业痛点，浙江大学材料科学与工程学院的研究团队独辟蹊径，从贵金属界面工程角度提出创新解决方案。他们通过精巧的化学还原法，在AgNWs表面均匀生长出10纳米厚的金壳，构建出Ag-Au核壳结构纳米线(Au@AgNWs)，并采用可规模化生产的狭缝涂布(Slot-die coating)技术制成透明导电薄膜。相关研究成果发表在《Journal of Alloys and Compounds》上，不仅实现了性能突破，更通过理论计算揭示了稳定性提升的微观机制。

研究团队运用三项关键技术：1) 原位化学还原法精确控制金壳厚度；2) 狭缝涂布技术实现大面积均匀成膜；3) 结合密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)和攀爬弹性带(CI-NEB)计算方法解析界面特性。通过X射线光电子能谱(XPS)和透射电镜(TEM)证实了金壳的均匀包覆，测得薄膜在550 nm波长下透光率92%、方阻45 Ω/sq。电稳定性测试显示，12V电压下Au@AgNWs TCFs持续工作18小时后电阻仅增长1.4倍，而普通AgNWs薄膜30分钟即失效。

【Results and discussion】章节揭示了三个关键发现：

1. 结构表征显示金壳厚度精确控制在10±2 nm，XPS证实Au 4f_7/2结合能位移表明强界面相互作用；
2. 电性能测试表明金壳虽轻微增加方阻(从38升至45 Ω/sq)，但使电迁移激活能从0.82 eV提升至1.37 eV；
3. DFT计算显示Ag(100)/Au(111)界面存在显著电荷转移，形成界面偶极场，粘附功达1.49 J·m^-2，界面能仅0.047 J·m^-2。

【Conclusions】部分强调，该研究通过实验与理论相结合，证明金壳通过三重机制提升稳定性：物理阻隔氧化、提高原子迁移势垒、形成电荷补偿层。特别是CI-NEB计算首次量化显示金壳使银原子迁移势垒提高67%，这为后续设计核壳结构透明电极提供了明确的理论指导。Yifan Xiao、Kaixuan Cui等作者指出，该方法相比ALD、CVD等复杂工艺更具成本优势，且金壳厚度可调的特点为性能优化提供了灵活空间。

这项研究的突破性在于：首次系统阐释了贵金属核壳结构抑制电迁移的电子层面机制，将传统经验性的材料改性提升到可量化设计的水平。所开发的狭缝涂布工艺与现有卷对卷生产线兼容，解决了MXene、PEDOT:PSS等材料难以规模化应用的瓶颈。未来通过优化金壳厚度和图案化工艺，有望推动柔性OLED、可穿戴传感器等器件寿命突破千小时大关，为后ITO时代的透明电极发展开辟了新航道。