Fig. 1. (a) Schema del sistema sperimentale per PLNS. ( b ) Immagine al microscopio elettronico a scansione (SEM) di Ag NW con inserto che mostra la distribuzione delle dimensioni di Ag NP in Ag NW. (c) Campo elettrico potenziato dal plasmone in funzione del gap interparticellare per la direzione di polarizzazione della luce parallela e verticale all'asse interparticellare. (d) Illustrazione schematica di PLNS con l'aumento del tempo di irradiazione laser. (e) Immagini SEM dei cambiamenti morfologici di Ag NW nel processo PLNS. Credito:Compuscript Ltd
In una nuova pubblicazione da Opto-Electronic Advances , i gruppi di ricerca del Professor Xuan-Ming Duan dell'Università di Jinan Guangzhou, Cina e del Professor Mei-Ling Zheng dell'Istituto di Fisica e Chimica dell'Accademia Cinese delle Scienze, Pechino, Cina discutono della nanosaldatura potenziata con plasmoni di nanoparticelle d'argento per alta conduttività elettrodi a nanofili.
Negli ultimi anni, gli elettrodi a nanofili metallici sono stati ampiamente utilizzati in nuovi fotorivelatori, circuiti flessibili, celle solari, pannelli tattili, ecc. La scrittura diretta con laser a femtosecondi (FsLDW), basata sulla fotoriduzione indotta dall'assorbimento di più fotoni, viene utilizzata per costruire nanofili di Ag ( NWs) per modelli ingegnerizzati in due e tre dimensioni con risoluzione submicronica. Questa tecnologia presenta vantaggi unici di alta risoluzione, vera tridimensionalità e flessibilità. Tuttavia, le Ag NW costruite da FsLDW sono composte dalle piccole nanoparticelle (NP) di Ag. Ci sono vuoti o rivestimenti polimerici tra Ag NP, con conseguente scarsa conduttività elettrica. Pertanto, al fine di aumentare la conduttività degli Ag NW a scrittura diretta e ridurne la resistenza, è necessario ridurre lo spazio tra gli Ag NP e aumentare l'area di contatto per ridurre la dissipazione di energia degli elettroni conduttivi nell'elettrodo. Per gli elettrodi Ag NWs mediante irradiazione laser, l'effetto fototermico può aumentare significativamente l'area di contatto delle NP Ag adiacenti e migliorare la conduttività dell'elettrodo Ag NWs. Questo protocollo fornisce una soluzione nuova e ad alta efficienza per ottenere un miglioramento della conducibilità dei nanofili su vasta area, alta uniformità e modellato.
Il gruppo di ricerca del professor Xuan-Ming Duan dell'Istituto di tecnologia fotonica dell'Università di Jinan e il gruppo di ricerca del professor Mei-Ling Zheng dell'Istituto di fisica e chimica dell'Accademia cinese delle scienze hanno proposto congiuntamente un metodo ottico per migliorare la conduttività elettrica degli Ag NW mediante nanosaldatura laser potenziata con plasmoni (PLNS) (Figura 1a). Questo metodo utilizza abilmente le caratteristiche strutturali degli Ag NW fabbricati da FsLDW. I NW sono composti da aggregati di NP ridotti dall'effetto di assorbimento multifotonico e vengono generati "punti caldi" di plasmoni tra le NP sotto irradiazione laser (Figura 1b, c). La connessione locale di Ag NP o la saldatura a temperatura ambiente ottenuta dall'effetto fototermico potenziato dal plasmone, che può aumentare significativamente l'area di contatto tra Ag NP e migliorare la conduttività dei NW. A differenza della tradizionale ricottura di riscaldamento, la parte di riscaldamento di questo metodo è localizzata solo vicino al punto caldo, che non causerà danni termici al substrato (Figura 1d, e).
Questa tecnologia di nanosaldatura laser non richiede una post-elaborazione complicata e aumenta direttamente la conduttività dell'elettrodo Ag NWs fabbricato da FsLDW. Ulteriori studi sull'influenza della densità di potenza del laser e del tempo di nanosaldatura sulla conduttività degli Ag NW mostrano che la resistenza degli Ag NW diminuisce significativamente con l'aumento della densità di potenza del laser o del tempo di nanosaldatura. Come mostrato in Figura 2a, b, l'aumento della conducibilità tende ad essere saturato. Questo perché le NP e i nanogap disponibili per la nanosaldatura diminuiscono gradualmente all'aumentare del tempo di irradiazione laser. Nelle condizioni sperimentali ottimizzate, la densità di potenza del laser era di 9,55 MW/cm 2 e il tempo di nanosaldatura era di 15 minuti. La conduttività massima è stata aumentata a 2,45×10 7 S/m, che era il 39 percento di Ag sfuso. Questa ricerca fornisce un metodo efficiente, controllabile ed economico per migliorare la conduttività degli Ag NW e promuove l'applicazione di FsLDW di elettrodi Ag NW come substrati SERS attivi, elettrodi trasparenti, condensatori, diodi emettitori di luce e solare a film sottile celle.
Fig. 2. (a) Resistenza misurata degli elettrodi Ag NWs in funzione della densità di potenza di nanosaldatura laser con il tempo di nanosaldatura laser di 11 min. (b) Resistenza misurata degli elettrodi Ag NWs in funzione del tempo di nanosaldatura laser con densità di potenza di nanosaldatura laser di 7,01 MW/cm 2 . Credito:Compuscript Ltd
