纳米银科学与真相（1）：纳米银线是怎样炼成的

三星可折叠手机的推出，掀起了手机市场的一场创新革命，各大手机厂商紧随其后，不断展示自己的设计理念。而在这场创新革命中最为关键的柔性屏幕被推至风口浪尖。谁能率先找到一款触控性能高效、畅快、显示高清的可折叠柔性屏，谁便将最终赢得这场战役的胜利。

金属银线因其电阻率低，一直作为一种优良的导体被广泛应用于LED、IC封装。纳米银线（AgNWs），作为纳米尺度的新材料，不仅保留了原有的银线性能，同时还具备特有的表面与界面效应，其线径远小于可见光的入射波长，可以密集排列形成超小的电路，增大了集流面积，备受手机屏幕市场的青睐。同时纳米银线的纳米尺寸效应，也赋予了其优异的耐曲绕性，在应变作用下不易断裂，完全满足柔性器件的设计要求，成为替代传统ITO最为理想的材料。

纳米银线，作为国家战略显示和柔性触控器件的核心材料，将是我国未来折叠手机产业的关键支撑。

纳米银线，即为一种横向最大限度为100 nm（1*10^-7 m，等同于头发丝的千分之一），纵向没有限制，长径比>100的一维结构，可分散到水，乙醇等不同的溶剂中。

有趣的是，纳米银线会随着横向和纵向尺度的不同，呈现出不同的颜色变化，如果线径越细，溶液在400-450 nm波长的吸收越强，呈现出的黄绿色会越明显。当线径粗、长度短、颗粒大时，水溶液呈土黄色；线径细，长度长时，又会呈墨绿色。

▲ 上图为诺菲实验室的纳米银线，线径不同，颜色不同。

轻摇器皿，肉眼便可观察到银线在溶液中如丝如絮，如线如棉，这也成为判别银线最直接有效的方法。

由于纳米银线在柔性触控器件中的战略地位，市场上很多厂商以次充好，导致纳米银线良莠不齐。

纳米银线，简单的说即为银原子沿着特定的方向生长而形成的细线，然而看似简单的过程却蕴含着并不简单的合成机理。

▲ 为便于大家理解，诺菲纳米的研发人员绘制了以上这张图

众所周知，溶液中的离子处于无规则的运动状态。如何尽可能多的捕获这些游离的离子使其还原成原子，并按照特定的规律紧密排列成一条直线，成为银线合成的关键。这就好比让一群在偌大操场上玩耍的小孩子，在规定时间内换上统一服装，并按照要求整齐排列成方队一样，难度可想而知。

首先，需要引入卤素离子。在预加热阶段，卤素离子与Ag离子形成难溶解的微小颗粒，从而起到固定银原，降低反应初始阶段游离银离子浓度的作用。

其次，将游离的银离子还原成银原子。随着温度的提高，溶液中的银离子在还原剂的作用下逐渐还原成银原子。

紧接着，形成五重孪晶。被还原出的银原子会自发的生成团簇（1-5 nm）并在微小颗粒表面形成五重孪晶。

最后，萌芽生长。这些五重孪晶会逐渐萌芽生长形成银棒，并且在表面保护剂的作用下持续生长成银线。

卤素就像一把双刃剑，稍许过量，就会在氧气的作用下将这些五重孪晶蚀刻成立方体（如下图展示），达到不可逆转的变化。

如何确保这些“萌芽”能够沿着一个方向生长成银线而不是团聚成颗粒呢？

我们使用一种高分子化合物作为表面保护剂，这种表面保护剂能够通过化学作用力优先地和银线的{100}晶面结合，降低此晶面的表面自由能，从而阻止银原子的侧向吸附生长。然而过多的表面保护剂同样也会覆盖在银线的{111}晶面，限制其纵向生长。因此控制表面保护剂的计量就显得尤为重要。

同时进一步发现，银线的形成对温度极其敏感，当温度过低时，银离子无法被迅速地还原为银原子，并“嫁接”到银线最前端，导致线长偏短。温度过高时，过剩还原出的银原子还未及时和表面保护剂络合，就已经互相聚集形成银纳米颗粒。

这些纳米颗粒的尺寸（100~500 nm）比银线的线径（11~30 nm）大很多，会导致涂布过程中膜与膜之间存在很多的间隙，空气中的水、氧气会沿着这些缝隙缓慢地进入到导电膜涂层中，造成银离子的迁移以及银线的氧化，严重影响到产品的信赖性。

同时这些纳米颗粒会进行光的干涉，提高银线透明导电膜的雾度和b值，破坏其光学性能。然而通过传统的沉降以及离心工艺很难去除这些纳米颗粒，这对整个纳米银线行业的发展提出了挑战。

▲ 左图为提纯后的22 nm的银线，右图为未经提纯的银线

这些影响因素互相制约，相辅相成。找到之间的平衡点一直是合成高长径比需要突破的壁垒。

苏州诺菲纳米科技有限公司（Nuovo Film Inc.）自2012年成立以来，便投身银线基础研究和产业化，2014年开始量产，至今已出货60万平米，出货量位居全球纳米银行业首位，先后获得北极光、英特尔、深创投的股权投资。

诺菲纳米拥有国内最专业的核心研发团队，从银线 21 nm的量产到18 nm的中试，甚至是现如今11 nm细线地推出，一次次刷新最细银线记录，无论从线径、长度、纯度还是产业性都是行业的领跑者，同时也在不断推动着柔性屏市场的发展，相信在不久的将来，我们将迎来可折叠手机市场的爆发。