等离子焊接纳米线

据美国每日科学网站报道,美国科学家设计出一种新的纳米线焊接技术,可使用表面等离子体光子学,用一束简单的光将纳米线焊接在一起。发表于刚刚出版的《自然—材料学》杂志上的最新研究有望促成新式电子设备和太阳能设备的出现。

目前,有些纳米学家正专注于制造由金属纳米线组成的导电网格,这样的网格具有卓越的输电性能、成本低廉且非常容易处理,可广泛应用于下一代触摸屏、视频显示器、发光二极管及薄膜太阳能电池等领域。

然而,在制造这样的网格的处理过程中,必须对精巧的网格施加热或压力,才能将形成网格的呈十字形摆放的纳米线熔接在一起,而这又会破坏网格。

最新纳米线焊接技术解决了上述问题。新技术的核心是表面等离子体光子学的物理属性——光以波的形式流过金属的表面并和金属相互作用。表面等离子体光子学使基于表面等离子体激元的元件和回路具有纳米尺度,从而可实现光子与电子元器件在纳米尺度上完美联姻。科学家们用电子显微镜分别对光照在纳米线上之前和之后进行拍摄,图片对比发现,光照前,单个纳米线一层层叠放在一起;光照后,在顶部的纳米线就像天线一般,引导光的等离子体激元波进入底部的电线中并制造出热将纳米线焊接在一起。

该研究的作者之一、斯坦福大学材料科学和工程学院的表面等离子体光子学专家Mark L. Brongersma表示:“当两条纳米线呈十字铺在一起时,在纳米线相遇的地方,光会产生等离子体激元波,制造出一个热点。然而,只有当纳米线相互接触时才会存在热点,当纳米线熔接在一起后,热点就消失了。焊接阻止了热点本身,整个系统因此保持完整,没有被破坏。”该研究的另一作者、该大学材料工程师Michael D. McGehee补充道,“在此过程中,电线其他部分以及同样重要的基础材料都不会受到影响。这种精确加热大大增加了我们对纳米材料进行焊接的控制力、速度和能效。”

科学家们表示,新方法除了能让他们制造出更坚硬、性能更优异的纳米线网格之外,也有望让他们制造出附着在柔性或透明塑料和聚合物上的网状电极,这有可能让能产生太阳能的廉价窗户涂层出现。

E. C. Garnett et al., Nature Materials 2012, DOI: 10.1038/nmat3238

来源:科技日报 刘霞 (原载于科学网