江蘇鐳射聯盟導讀：
透過等離子體增強鐳射奈米焊接提高金屬奈米電極的導電性。
近年來，金屬奈米線電極已廣泛應用於新型光電探測器、柔性電路、太陽能電池、觸控板等領域。基於多光子吸收誘導光還原的飛秒鐳射直寫技術(FsLDW)被用於構建亞微米解析度的二維和三維工程圖案銀奈米線(NWs)。該技術具有高解析度、真正的三維立體和靈活性等獨特優勢。
鐳射照射前Ag NWs整體(a)、區域性(b)和放大(c)的TEM影象。(d)鐳射照射前典型的HRTEM影象和(e) Ag NPs的SAED圖。Ag NWs在光照後的TEM影象為整體(f)、區域性(g)和放大的(h)地形。(i)典型的HRTEM影象和(j)鐳射照射15min後Ag NPs的SAED影象。
(a)雙探頭測量方法示意圖。(b)鐳射奈米焊接前後製備的Ag NWs的I-V曲線。(c, f)聚焦離子束切割Ag NWs的形貌。(d, g)鐳射奈米焊接前後Ag NWs的AFM影象和高度分佈圖。
然而，由FsLDW構建的Ag NWs是由小的Ag奈米顆粒(NPs)組成的。Ag NPs之間存在空隙或聚合物塗層，導致導電性差。因此，為了提高直寫式Ag NWs的導電性，降低其電阻，需要減小Ag NPs與Ag NPs之間的間隙，增加接觸面積，以降低電極中導電電子的能量耗散。對於鐳射輻照的Ag NWs電極，光熱效應可以顯著增加相鄰Ag NPs的接觸面積，提高Ag NWs電極的電導率。該方案為實現大面積、高均勻性和圖案化的奈米線導電性增強提供了一種新穎、高效的解決方案。
(a)在含銀離子前驅體溶液中製備的Ag NPs在不同濃度表面活性劑作用下的粒徑分佈。(b)模擬設定示意圖，以平面構型為例。(c)考慮到區域性光強增加了300倍，計算出Ag NPs表面增溫ΔT(℃)隨Ag NPs尺寸的變化。黑色區域(熱點區)是用有限元方法模擬的增強光場強度增加10 (d)和300 (e)倍時的溫度分佈。
最近，廣州暨南大學的DUAN Xuanming教授和中國科學院北京物理化學研究所的ZHENG Meiling教授的研究小組在《Opto-Electronic Advances》雜誌上發表了一篇新論文，討論了高導電奈米線電極用奈米銀奈米粒子的等離子體增強奈米釺焊問題。
(a) PLNS實驗系統示意圖。(b) Ag NWs的掃描電子顯微鏡(SEM)影象，插圖顯示Ag NPs在Ag NWs中的大小分佈。(c)平行和垂直於粒子間軸的光偏振方向，等離子體增強電場作為粒子間間隙的函式。(d)隨著鐳射照射時間的增加PLNS示意圖。(e) Ag NWs在PLNS過程中形態變化的SEM影象。來源：Compuscript Ltd
暨南大學光子學技術研究所DUAN Xuanming教授課題組、理化研究所ZHENG Meiling教授課題組中國科學院聯合提出了一種透過等離子體增強鐳射奈米焊接(PLNS)提高Ag奈米ws導電性的光學方法(圖1a)。該方法巧妙地利用了FsLDW法制備的Ag NWs的結構特點。NPs由多光子吸收效應減少的NPs聚集而成，鐳射照射下NPs之間產生等離子體“熱點”(圖1b、c)。透過等離子體增強的光熱效應實現室溫下區域性Ag NPs連線或焊接，可以顯著增加Ag NPs之間的接觸面積，提高NWs的導電性。與傳統的加熱退火方法不同，這種方法的加熱部分只侷限在熱點附近，不會對基板造成熱損傷(圖1d, e)。
這種鐳射奈米焊接技術不需要複雜的後處理，直接提高了FsLDW法制備的Ag NWs電極的電導率。進一步研究鐳射功率密度和奈米焊接時間對Ag NWs電導率的影響發現，隨著鐳射功率密度或奈米焊接時間的增加，Ag NWs的電阻顯著降低。如圖2a、b所示，電導率的增加趨於飽和。這是因為隨著鐳射輻照時間的增加，用於奈米焊接的NPs和奈米間隙逐漸減少。在最佳化的實驗條件下，鐳射功率密度為9.55 MW/cm2，奈米焊接時間為15分鐘。最大電導率提高到2.45×107 S/m，為體積Ag的39%。本研究為提高Ag NWs的導電性提供了一種高效、可控、低成本的方法，促進了Ag NWs電極FsLDW在活性SERS基底、透明電極、電容器、發光二極體和薄膜太陽能電池等方面的應用。
(a)在鐳射奈米焊接時間為11 min時，Ag NWs電極測量電阻與鐳射奈米焊接時間的關係。(b)在鐳射奈米焊接功率密度為7.01 MW/cm2時，Ag NWs電極測量電阻與鐳射奈米焊接時間的關係。來源：Compuscript Ltd
來源：Plasmon-enhanced nanosoldering of silver nanoparticles forhigh-conductive nanowires electrodes, Opto-Electronic Advances (2021). DOI:10.29026/oea.2021.200101
江蘇鐳射聯盟陳長軍轉載
