透明電極是光電顯示領域的重要基礎材料，隨著柔性電子技術的興起，ITO這一經典透明導電材料因脆性易碎及阻抗較高已逐漸不能滿足柔性器件，特別是大尺寸光電器件的需求。隨之導電聚合物、碳納米管、石墨烯、納米銀線等新型柔性電極及其光電器件得到了廣泛的研究。但高透過、低方阻的電極從本征材料角度很難兼顧實現。為此，中科院蘇州納米所印刷電子團隊在崔錚研究員率領下結合納米壓印工藝及印刷填充納米導電銀漿自主研發了圖案化嵌入式金屬網格透明導電膜。這一結構材料不僅徹底解決了高透光與高導電不可兼得的難題，還在觸控屏上實現大規模量產，創造產值數十億，該技術榮獲2014年中國專利金獎與印刷電子全球最佳制造技術年度獎。 

　　印刷電子團隊此后陸續研究了金屬網格作為透明電極應用于OLED、OPV、電致變色等光電器件和透明電加熱技術中，并取得了系列重要進展（ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 37048-37054; Scientific Reports，2017，7, 13239; Sol. RRL 2018, 1800118; Adv. Sci. 2019, 1901490; Adv. Electron. Mater. 2019, 1800991；Adv. Mater. Technol. 2022, 2201037; Adv. Mater. 2022, 34, 2110276.）。近幾年來，織物可穿戴、皮膚電子技術等得到了快速發展，這對光電材料與器件的力學柔性應變性能（如彎曲、折疊、扭曲和一定拉伸形變下能正常工作）提出了更高的要求。團隊為了解決該問題，結合應用需求開發了蛇形金屬網格剝離與轉移技術，開發了可拉伸金屬網格透明電極，并應用在超聲換能器陣列、表皮加熱和織物發光器件中（Adv. Electron. Mater. 2021, 2100611，ACS Appl. Mater. Interfaces，DOI：10.1021/acsami.2c20681）。但其拉伸穩定性尚存不足，拉伸20個循環即會失效。 

　　近日，中科院蘇州納米所印刷電子團隊等進一步優化了網格結構的設計，結合網格剝離與轉移工藝，開發了一種高導電性、高透光率和多向可拉伸的金屬網格透明電極。該電極在80%的透光率下，能實現0.12 Ω/sq的導電性，其FoM值高達15000，是目前報道的最高FoM值的可拉伸透明電極。且在130%的拉伸強度下，電阻保持5%以內的變化，同時4個方向同時拉伸50%時，導電性幾乎保持不變，展現了優異的多向拉伸性能。為了證實該可拉伸透明電極的功能性，利用其制備了可拉伸的電致發光器件，在120%的拉伸下，仍保持均勻的發光；并在30%的拉伸強度下，循環拉伸100次，發光器件仍可正常工作。該研究成果展現了可拉伸金屬網格透明電極在有拉伸要求的可穿戴光電顯示應用方面的潛力。 

　　圖1. 可拉伸金屬網格透明電極的制備流程圖、SEM和光電性能比較 

　　圖1a展示了可拉伸金屬網格透明電極制備的工藝流程，具體步驟如下：首先，銅網格的形成：先通過納米壓印在PET襯底上形成所需的凹槽，再使用刮填納米銀漿和電沉積銅層相結合的方式，在凹槽中形成銀/銅網格；其次，銅網格的剝離：利用微粘膜與銅網格表面進行貼附，把銅網格轉移到微粘膜上；最后，粘彈性襯底的澆筑與剝離：在粘附有銅網格的微粘膜表面澆筑PDMS材料，并固化，再揭下PDMS，從而形成可拉伸的金屬網格透明電極。圖1h展示了該法制備的可拉伸透明電極的透光率和導電特性。 

　　圖2. 可拉伸透明電極的拉伸性能表征和力學模擬 

　　團隊還分別研究了四種不同設計結構的拉伸性能差異。在較小的拉伸強度下，四種結構都保持不變的電阻。隨著拉伸強度的加大，四種結構分別展現不一樣的拉伸性能，結構振幅設計越大，拉伸性能越好。對于振幅為100μm的正弦曲線結構，具有最好的拉伸性能，在130%的拉伸強度下，電阻幾乎保持不變，這主要是此種結構具有最大的理論結構形變量。 

　　在拉伸循環穩定性方面，圖2c顯示：角度為216°的馬蹄形結構在30%的拉伸強度下，可循環拉伸230次，并保持穩定的導電性，明顯優于其它形狀結構。理論計算表明不同的結構在拉伸過程中，波峰和波谷所受的力不一樣，而在相同振幅和周期下，當拉伸30%時，馬蹄形結構所受的力最?。▓D2h-k），因此具有更好的拉伸循環性能。 

　　圖3. 可拉伸透明電極的多方向拉伸性能、曲面貼附性和附著力性能表征 

　　團隊還對可拉伸金屬網格的性能進行系統的研究，如多方向拉伸性能、曲面共形貼附和附著力性能等。如圖3b，在4個不同方向進行同時拉伸時，也表現出優異的導電性，在50%的拉伸強度下，各個方向電阻幾乎保持不變。同時貼附于曲面襯底后（如圓柱形、半球形等），電阻保持不變。由于金屬網格是嵌于PDMS襯底中，具有優異的附著力，利用百格實驗3M膠帶粘附測試20余次，網格結構始終未發現破損。 

　　圖4. 基于雙面均為可拉伸金屬網格透明電極的發光器件拉伸性和循環性能表征 

　　最后，利用高性能的金屬網格透明電極，制備了可拉伸的ZnS電致發光器件。如圖4所示，發光器件在120%的拉伸強度下，仍保持均勻的發光，未發現明顯黑斑現象。同時，在30%的拉伸強度下，發光器件經過100次的拉伸循環后，器件仍能正常工作。該研究成果展示了印刷蛇形結構金屬網格透明電極在可拉伸光電器件中的性能優勢，可作為未來織物可穿戴、皮膚電子等領域光電器件的拉伸透明電極。 

　　相關工作以Highly Conductive Omnidirectionally Stretchable 2D Transparent Copper Mesh Electrodes and Applications in Optoelectronic Devices為題發表在Advanced Materials Technologies上。中科院蘇州納米所高級工程師陳小連、北京航空航天大學碩士生陳嘉昀和中國科學技術大學納米學院碩士生黃利鵬為文章共同第一作者，通訊作者為蘇州納米所陳小連、蘇文明研究員，北京航空航天大學李宇航教授和蘇州納米所崔錚研究員。該工作獲得國家自然科學青年基金、江蘇省青年基金和中國博士后項目的資助。 

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