同時具備高光學透明度和電導率的透明導電薄膜（TCFs）是現代光電子系統中的不可或缺的組件，包括觸摸界面[1]、[2]、光伏器件[3]、[4]、[5]、平板顯示器[6]以及新興的可穿戴和生物集成電子設備[7]、[8]、[9]、[10]、[11]。除了這些基本的光電要求外，實用的TCFs還必須具備機械柔韌性、結構堅固性、熱穩定性和環境穩定性，在特定應用中還需具備生物相容性[12]、[13]、[14]、[15]。同時實現這些多功能特性仍然是一個挑戰，需要仔細選擇材料并采用與可擴展和低成本制造兼容的制備策略。
由于氧化銦錫（ITO）具有優異的可見光透射率和高電導率，長期以來一直主導著透明電極市場。然而，其固有的脆性、銦的有限可用性以及嚴格的加工要求大大限制了其在柔性可拉伸電子應用中的適用性[16]、[17]、[18]、[19]。機械變形容易在ITO薄膜中引發裂紋形成，導致電導率和其他性能的不可逆退化[20]。此外，傳統的ITO沉積依賴于高真空和高溫技術，這與許多聚合物基底不兼容，并增加了生產成本[21]、[22]。這些限制促使人們積極研究能夠提供可比光電性能同時具備更好機械柔韌性和耐用性的替代透明柔性電極。
已經研究了多種替代材料，包括石墨烯、碳納米管（CNT）網絡和與聚合物基底結合的金屬納米線（M-NWs）[23]、[24]、[25]。石墨烯具有出色的內在電導率和光學透明度；然而，大規模無缺陷石墨烯薄膜的可擴展制備仍然具有挑戰性，多層堆疊通常會導致光學透射率降低[26]、[27]。基于CNT的電極提供了機械柔韌性和溶液加工性，但其電性能常常受到高結電阻和滲透網絡內部結構異質性的限制[28]。相比之下，M-NWs組合在保持高光學透明度、優異電導率的同時，具有良好的機械韌性，在相對較低的表面覆蓋率下即可實現電導滲透[29]。它們的高長寬比使得電荷傳輸高效且光損耗最小，而基于溶液的加工方法允許直接與柔性基底集成[30]、[31]。因此，本研究選擇聚合物支撐的M-NWs復合電極作為研究重點。
在現有的M-NW材料中，銀納米線（Ag NWs）因其優異的電導率、相對于其他非貴金屬納米線（如Cu或Ni NWs）較低的氧化傾向以及成熟的濕化學合成方法而受到特別關注[32]、[33]。Ag NWs容易形成機械柔順且導電的滲透網絡，其與接近室溫的加工兼容性進一步增強了其在柔性可拉伸電子設備中的適用性。此外，銀通常被認為是生物相容的，適用于可穿戴健康監測和生物電子接口[34]、[35]。因此，本研究中使用Ag NWs作為導電框架。
基底的選擇在決定復合TCFs的機械柔韌性、耐用性和長期可靠性方面起著決定性作用。常見的柔性基底包括聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）和聚二甲基硅氧烷（PDMS）[36]。其中，PDMS因其出色的彈性、高光學透明度和簡單的加工特性而特別吸引人[37]、[38]。重要的是，PDMS可以在固化前鑄造成預定義的形狀和厚度，從而精確控制機械柔順性和器件幾何形狀[39]。這些特性使PDMS特別適合必須承受反復變形（包括彎曲、拉伸和扭轉）的可穿戴和可拉伸設備。
盡管上述Ag NWs和PDMS基底具有互補優勢，但制備高性能Ag NWs基TCFs仍然具有挑戰性。由于金屬納米線和彈性基底之間的物理性質差異，它們之間的界面粘附力較弱，經常導致納米線滑動、網絡斷開和機械應力下的導電性下降。為了解決這些問題，提出了多種策略，包括添加潤濕劑（如Triton-? X-100）或導電聚合物（如PEDOT:PSS）以及表面改性技術（如UV-臭氧或等離子體處理）[40]、[41]、[42]、[43]、[44]。雖然這些方法可以改善電性能和粘附力，但同時也引入了額外的缺點。PEDOT:PSS具有吸濕性且由于PSS組分的酸性而化學不穩定，常常在潮濕環境或長時間運行下導致性能下降[45]。表面預處理需要專用設備和額外的加工步驟，增加了制備復雜性和成本，而且其效果可能會因表面重構或污染而隨時間減弱[46]、[47]。這些限制凸顯了需要簡化制備策略的需求，以實現無需添加劑或復雜表面處理的穩健性能。
在這項研究中，我們報道了一種簡單且無添加劑的Ag NWs/PDMS復合TCFs制備方法，該方法與以往報道的方法[48]、[49]、[50]有根本不同。無需進行表面預處理或添加添加劑，所得薄膜同時表現出適當的可見光透明性、低片電阻和優異的機械韌性。實現了最低3.8 Ω平方的片電阻，同時保持了適當的光學透射率，證明了電性能和光學性能的有效協同優化。除了低片電阻外，由于適當的光學透明度，還獲得了98的優異性能系數（FoM）。
所提出的制備方法具有高重復性、可擴展性，并且與低成本溶液加工兼容，同時允許精確控制納米線密度和薄膜厚度以滿足特定應用的要求。通過系統改變沉積的Ag NW層數，我們發現了網絡形態、電導率和機械穩定性的明顯層依賴性變化。此外，本研究還探討了Ag NWs濃度和基底對材料沉積形態的影響。研究發現，使用鋁（Al）基底可以比玻璃基底獲得更均勻的Ag NW分布，因為鋁具有高熱導率。因此，液滴邊緣和中心的蒸發速率差異可以最小化，被卷入渦流的Ag NW數量也可以減少。通過這些操作，使用Al基底進行多次涂層后，性能系數（FoM）提高了14倍。
通過建立的結構-性能相關性，這項工作不僅展示了可拉伸透明電極的簡化制備途徑，還明確闡明了控制Ag NW網絡形成的沉積機制。我們發現，銀納米線的空間分布和滲透行為主要受溶劑蒸發動力學、納米線移動性和沉積濃度之間的相互作用影響，基底熱導率在調節涂層過程中的液相壽命方面起著作用。通過闡明濃度依賴的多層沉積和基底介導的蒸發動力學如何共同控制納米線均勻性，本研究提供了一個機制框架，而不僅僅是經驗優化。重要的是，這個框架不僅限于此處研究的Ag NWs/PDMS系統，還可以作為適用于不同基底、溶劑和涂層技術的溶液處理納米線基透明導電薄膜的通用模型，為柔性可穿戴電子設備中的機械可靠電極提供可轉移的設計指南。
