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江苏激光联盟导读：
通过等离子体增强激光纳米焊接提高金属纳米电极的导电性 。
近年来 ， 金属纳米线电极已广泛应用于新型光电探测器、柔性电路、太阳能电池、触摸板等领域 。 基于多光子吸收诱导光还原的飞秒激光直写技术(FsLDW)被用于构建亚微米分辨率的二维和三维工程图案银纳米线(NWs) 。 该技术具有高分辨率、真正的三维立体和灵活性等独特优势 。
激光照射前Ag NWs整体(a)、局部(b)和放大(c)的TEM图像 。 (d)激光照射前典型的HRTEM图像和(e) Ag NPs的SAED图 。 Ag NWs在光照后的TEM图像为整体(f)、局部(g)和放大的(h)地形 。 (i)典型的HRTEM图像和(j)激光照射15min后Ag NPs的SAED图像 。
(a)双探头测量方法示意图 。 (b)激光纳米焊接前后制备的Ag NWs的I-V曲线 。 (c f)聚焦离子束切割Ag NWs的形貌 。 (d g)激光纳米焊接前后Ag NWs的AFM图像和高度分布图 。
然而 ， 由FsLDW构建的Ag NWs是由小的Ag纳米颗粒(NPs)组成的 。 Ag NPs之间存在空隙或聚合物涂层 ， 导致导电性差 。 因此 ， 为了提高直写式Ag NWs的导电性 ， 降低其电阻 ， 需要减小Ag NPs与Ag NPs之间的间隙 ， 增加接触面积 ， 以降低电极中导电电子的能量耗散 。 对于激光辐照的Ag NWs电极 ， 光热效应可以显著增加相邻Ag NPs的接触面积 ， 提高Ag NWs电极的电导率 。 该方案为实现大面积、高均匀性和图案化的纳米线导电性增强提供了一种新颖、高效的解决方案 。
(a)在含银离子前驱体溶液中制备的Ag NPs在不同浓度表面活性剂作用下的粒径分布 。 (b)仿真设置示意图 ， 以平面构型为例 。 (c)考虑到局部光强增加了300倍 ， 计算出Ag NPs表面增温ΔT(℃)随Ag NPs尺寸的变化 。 黑色区域(热点区)是用有限元方法模拟的增强光场强度增加10 (d)和300 (e)倍时的温度分布 。
最近 ， 广州暨南大学的DUAN Xuanming教授和中国科学院北京物理化学研究所的ZHENG Meiling教授的研究小组在《Opto-Electronic Advances》杂志上发表了一篇新论文 ， 讨论了高导电纳米线电极用纳米银纳米粒子的等离子体增强纳米钎焊问题 。
(a) PLNS实验系统示意图 。 (b) Ag NWs的扫描电子显微镜(SEM)图像 ， 插图显示Ag NPs在Ag NWs中的大小分布 。 (c)平行和垂直于粒子间轴的光偏振方向 ， 等离子体增强电场作为粒子间间隙的函数 。 (d)随着激光照射时间的增加PLNS示意图 。 (e) Ag NWs在PLNS过程中形态变化的SEM图像 。 来源：Compuscript Ltd
暨南大学光子学技术研究所DUAN Xuanming教授课题组、理化研究所ZHENG Meiling教授课题组中国科学院联合提出了一种通过等离子体增强激光纳米焊接(PLNS)提高Ag纳米ws导电性的光学方法(图1a) 。 该方法巧妙地利用了FsLDW法制备的Ag NWs的结构特点 。 NPs由多光子吸收效应减少的NPs聚集而成 ， 激光照射下NPs之间产生等离子体“热点”(图1b、c) 。 通过等离子体增强的光热效应实现室温下局部Ag NPs连接或焊接 ， 可以显著增加Ag NPs之间的接触面积 ， 提高NWs的导电性 。 与传统的加热退火方法不同 ， 这种方法的加热部分只局限在热点附近 ， 不会对基板造成热损伤(图1d e) 。
这种激光纳米焊接技术不需要复杂的后处理 ， 直接提高了FsLDW法制备的Ag NWs电极的电导率 。 进一步研究激光功率密度和纳米焊接时间对Ag NWs电导率的影响发现 ， 随着激光功率密度或纳米焊接时间的增加 ， Ag NWs的电阻显著降低 。 如图2a、b所示 ， 电导率的增加趋于饱和 。 这是因为随着激光辐照时间的增加 ， 用于纳米焊接的NPs和纳米间隙逐渐减少 。 在优化的实验条件下 ， 激光功率密度为9.55 MW/cm2 ， 纳米焊接时间为15分钟 。 最大电导率提高到2.45×107 S/m ， 为体积Ag的39% 。 本研究为提高Ag NWs的导电性提供了一种高效、可控、低成本的方法 ， 促进了Ag NWs电极FsLDW在活性SERS基底、透明电极、电容器、发光二极管和薄膜太阳能电池等方面的应用 。
(a)在激光纳米焊接时间为11 min时 ， Ag NWs电极测量电阻与激光纳米焊接时间的关系 。 (b)在激光纳米焊接功率密度为7.01 MW/cm2时 ， Ag NWs电极测量电阻与激光纳米焊接时间的关系 。 来源：Compuscript Ltd
【通过等离子体增强激光纳米焊接提高金属纳米电极的导电性】
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