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Metastable and Electronically Percolating Silver Nanowire–Polymer Composites by Spray Drying

Titelangaben

Paul, Tasmai ; Guo, Hao ; Berger, Alexander ; Riegler, Moritz ; Mansfeld, Ulrich ; Bianchini, Matteo ; Retsch, Markus ; Greiner, Andreas:
Metastable and Electronically Percolating Silver Nanowire–Polymer Composites by Spray Drying.
In: ACS Applied Materials & Interfaces. (2026) .
ISSN 1944-8252
DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.5c23242

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Angaben zu Projekten

Projekttitel:
Offizieller Projekttitel
Projekt-ID
SFB 1585: Strukturierte Funktionsmaterialien für multiplen Transport in nanoskaligen räumlichen Einschränkungen
492723217

Projektfinanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Abstract

Silver nanowires (AgNWs) are extensively reported as 2D conductive composites for their neural metaplasticity mimicking behavior, crucial for next-generation computing. While 2D networks rely on junction-mediated ballistic transport, 3D AgNW bulk composites exhibit diffuse and percolation driven conduction. Comparing these systems could reveal key dimensional effects, though scaling the intricate 2D networks into the bulk remains challenging. We report a highly reproducible 3D metastable powder composite of anisotropic AgNW with poly(vinylpyrrolidone) as a supporting matrix, produced via spray drying. With rapid drying kinetics, affinity-driven anisotropic morphologies are observed with ellipsoidal microstructures bent at flexural angles. First-principles electronic percolation characterization of the compressed composite is determined by a four-point probe (4PP), and the percolative regimes are allotted. 2D AgNW networks reach ∼1–500 S/cm at network densities of ∼0.4–11 μm–2. The 3D composites, on the other hand, span a wider range, from ∼10–8 S/cm at 3 wt % to ∼102 S/cm at ∼90 wt % of AgNW loading. These values reflect the dominant conductive pathways within the interaction volume. Complementary electrochemical impedance spectroscopy confirms pressure-driven extremization in percolation, with conductivity rising by 2 orders of magnitude from ∼10–2 to ∼1 S/cm at applied pressures of 0.3 to 50 MPa even for 10 wt % AgNW, where 4PP measurements show values near 10–5 S/cm. Spray drying was chosen, as scalability was prioritized over nanoscale precision, making it suitable for bulk materials where microstructure control is secondary to throughput. Hence, the morphologically free AgNWs serve as a versatile precursor for industrially relevant down streaming and reprocessing. When the metastable composite was coextruded at high shear with a commercial elastomer, stretching induced alignment of the initially randomly oriented AgNWs was revealed by SEM micrographs.

Weitere Angaben

Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Begutachteter Beitrag: Ja
Keywords: Metastable Composites; Neuromorphic Networks; Electron Percolation; Silver Nanowires; Marangoni Convection; Spray Drying; Process Driven Self-Assembly
Institutionen der Universität: Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Physikalische Chemie I - Kolloidale Strukturen und Energiematerialien
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Physikalische Chemie I - Kolloidale Strukturen und Energiematerialien > Lehrstuhl Physikalische Chemie I - Kolloidale Strukturen und Energiematerialien - Univ.-Prof. Dr. Markus Retsch
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Makromolekulare Chemie II
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Makromolekulare Chemie II > Lehrstuhl Makromolekulare Chemie II - Univ.-Prof. Dr. Andreas Greiner
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Anorganische Aktivmaterialien für elektrochemische Energiespeicher > Lehrstuhl Anorganische Aktivmaterialien für elektrochemische Energiespeicher - Univ.-Prof. Dr. Matteo Bianchini
Profilfelder > Advanced Fields > Polymer- und Kolloidforschung
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen > Bayreuther Institut für Makromolekülforschung - BIMF
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen > Nordbayerisches Zentrum für NMR-Spektroskopie - NMR-Zentrum
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen > Bayerisches Zentrum für Batterietechnik - BayBatt
Forschungseinrichtungen > Institute in Verbindung mit der Universität > Bayerisches Polymerinstitut (BPI)
Forschungseinrichtungen > Sonderforschungsbereiche, Forschergruppen > SFB 1585 - MultiTrans – Structured functional materials for multiple transport in nanoscale confinements
Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Eingestellt am: 23 Feb 2026 12:52
Letzte Änderung: 23 Feb 2026 12:52
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/96361