斯坦福工程师用光焊接纳米线

安德鲁·迈尔斯（Andrew Myers）

纳米级深入研究的领域之一是创建由金属纳米线制成的导电网。工程师们有望提供超凡的电产量，低成本和易于加工的优势，并预见到这样的网格将在新一代的触摸屏，视频显示器，发光二极管和薄膜太阳能电池中普遍存在。

但是，挡在路上是一个主要的工程障碍：在加工过程中，必须对这些细密的网孔进行加热或加压，以使形成网孔的纳米线纵横交错，从而在加工过程中损坏它们。

在刚刚发表在《自然材料》杂志上的一篇论文中，斯坦福大学的一个工程师团队展示了一种很有前途的新纳米线焊接技术，该技术利用等离子体来通过简单的光束熔合导线。

自我限制

该技术的核心是等离子体的物理性质，即光与金属的相互作用，其中光以波的形式流过金属表面，就像沙滩上的水一样。

“当两条纳米线交叉时，我们知道光会在两条纳米线相遇的地方产生等离激元波，从而形成热点。”美丽之处在于，只有在纳米线接触时才会出现热点，而在它们融合后才存在。焊接会自行停止。它是自我限制的，斯坦福大学材料科学工程系副教授，等离子激元专家Mark Brongersma解释说。Brongersma是该研究的资深作者之一。

该论文的资深作者，材料工程师迈克尔·麦基海（Michael McGehee）指出：“其余导线以及同样重要的是底层材料均不受影响。”“这种精确加热的能力大大提高了纳米级焊接的控制，速度和能源效率。”

在电子显微镜之前和之后的图像中，单个纳米线在照明之前在视觉上是不同的。它们像森林中倒下的树木一样躺在彼此之间。当被照亮时，顶部纳米线就像某种天线一样，将光的等离子波引导到底部金属丝中，并产生将金属丝焊接在一起的热量。照明后的图像显示X型纳米线平直地靠在基板上，并具有熔合接头。

透明度

研究人员说，除了使制造更牢固，性能更好的纳米线网孔变得更容易外，这项新技术还可以打开将网孔电极绑定到柔性或透明塑料和聚合物上的可能性。

为了演示可能性，他们将网格物体应用于Saran包裹。他们将悬浮的含银纳米线的溶液喷洒在塑料上，然后干燥。照明后，剩下的是焊接纳米线的超薄层。

“然后，我们像张纸一样把它塞起来。当我们展开包装纸时，它保持了其电气性能。”合著者之一，材料科学与工程副教授Yi Cui表示。“当您举起它时，它实际上是透明的。”

研究人员说，这可能会导致廉价的窗户涂料产生太阳能，同时减少室内人员的眩光。

主要作者，材料科学博士后学者埃里克·加内特（Erik C. Garnett）博士说：“在以前使用加热板的焊接技术中，这是不可能的。”他与Brongersma，McGehee和Cui合作。“ Saran包裹的融化速度要比白银融化的速度快得多，从而立即破坏了设备。”

Brongersma说：“有许多可能的应用甚至在较旧的退火技术中也无法实现。”“这为电子设备（尤其是太阳能，LED和触摸屏显示器）打开了一些有趣，简单且大面积的处理方案。”

这项研究得到斯坦福大学高级分子光伏中心（CAMP）的支持，该中心由阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）资助。

Andrew Myers是工程学院的传播副主任。