Fig. 1. (a) Schematisk över experimentellt system för PLNS. (b) Svepelektronmikroskop (SEM) bild av Ag NWs med insättning som visar storleksfördelningen av Ag NPs i Ag NWs. (c) Plasmonförstärkt elektriskt fält som en funktion av mellanpartikelgapet för ljuspolarisationsriktningen parallellt och vertikalt med interpartikelaxeln. (d) Schematisk illustration av PLNS med ökande laserbestrålningstid. (e) SEM-bilder av de morfologiska förändringarna av Ag NW i PLNS-processen. Kredit:Compuscript Ltd
I en ny publikation från Opto-Electronic Advances , diskuterar forskargrupperna av professor Xuan-Ming Duan från Jinan University Guangzhou, Kina och professor Mei-Ling Zheng från Institutet för fysik och kemi vid den kinesiska vetenskapsakademin, Peking, Kina plasmonförstärkt nanolödning av silvernanopartiklar för högledande nanotrådar elektroder.
På senare år har metalliska nanotrådselektroder använts i stor utsträckning i nya fotodetektorer, flexibla kretsar, solceller, pekpaneler etc. Femtosekund laser direktskrivning (FsLDW), baserad på multi-fotonabsorption inducerad fotoreduktion, används för att bygga Ag nanotrådar ( NWs) för konstruerade mönster i två och tre dimensioner med submikronupplösning. Denna teknik har unika fördelar med hög upplösning, sann tredimensionalitet och flexibilitet. Ag NWs konstruerade av FsLDW är emellertid sammansatta av de små Ag-nanopartiklarna (NPs). Det finns tomrum eller polymerbeläggningar mellan Ag NP, vilket resulterar i dålig elektrisk ledningsförmåga. Därför, för att öka ledningsförmågan hos direktskrivande Ag NW och minska dess motstånd, är det nödvändigt att minska gapet mellan Ag NP:erna och öka kontaktytan för att minska energiförlusten av de ledande elektronerna i elektroden. För Ag NWs elektroder genom laserbestrålning kan den fototermiska effekten avsevärt öka kontaktytan för intilliggande Ag NPs och förbättra konduktiviteten hos Ag NWs elektrod. Det här protokollet ger en ny och högeffektiv lösning för att uppnå förbättring av konduktiviteten med stor yta, hög likformighet och mönstrad nanotråd.
Forskargruppen av professor Xuan-Ming Duan från Institute of Photonics Technology vid Jinan University och forskargruppen av professor Mei-Ling Zheng från Institutet för fysik och kemi, kinesiska vetenskapsakademin föreslog tillsammans en optisk metod för att förbättra den elektriska ledningsförmågan av Ag NWs genom plasmonförstärkt lasernanolödning (PLNS) (Figur 1a). Denna metod använder skickligt de strukturella egenskaperna hos Ag NWs tillverkade av FsLDW. NWs består av aggregat av NPs reducerade av multifotonabsorptionseffekten, och plasmoner "hot-spots" genereras bland NPs under laserbestrålning (Figur 1b, c). Den lokala Ag NPs anslutning eller lödning vid rumstemperatur uppnås genom plasmonförstärkt fototermisk effekt, vilket avsevärt kan öka kontaktytan mellan Ag NPs och förbättra konduktiviteten hos NW. Till skillnad från den traditionella värmeglödgningen, är uppvärmningsdelen av denna metod endast lokaliserad nära den heta platsen, vilket inte kommer att orsaka termisk skada på substratet (Figur 1d, e).
Denna lasernanolödningsteknik kräver ingen komplicerad efterbearbetning och ökar direkt konduktiviteten hos Ag NWs-elektroden tillverkad av FsLDW. Ytterligare studier av inverkan av lasereffekttäthet och nanolödningstid på konduktiviteten hos Ag NWs visar att motståndet hos Ag NWs minskar avsevärt med ökningen av lasereffektdensitet eller nanolödningstid. Såsom visas i figur 2a, b tenderar ökningen av konduktiviteten att bli mättad. Detta beror på att de NP och nanogap som är tillgängliga för nanolödning gradvis minskar när laserbestrålningstiden ökar. Under de optimerade experimentella förhållandena var laserns effekttäthet 9,55 MW/cm 2 och nanolödningstiden var 15 minuter. Den maximala konduktiviteten ökades till 2,45×10 7 S/m, vilket var 39 procent av bulk Ag. Denna forskning tillhandahåller en effektiv, kontrollerbar och billig metod för att förbättra konduktiviteten hos Ag NWs, och främjar tillämpningen av FsLDW från Ag NWs elektroder som aktiva SERS-substrat, transparenta elektroder, kondensatorer, lysdioder och tunnfilmssolenergi. celler.
Fig. 2. (a) Uppmätt resistans hos Ag NWs elektroder som en funktion av laserns nanolödningseffekttäthet med lasernanolödningstiden på 11 min. (b) Uppmätt resistans för Ag NWs elektroder som en funktion av lasernanolödningstiden med lasernanolödningseffekttäthet på 7,01 MW/cm 2 . Kredit:Compuscript Ltd
