Udnyttelse af plasmonik, ingeniører svejser nanotråde med lys

På nano -niveau, forskere ved Stanford har opdaget en ny måde at svejse masker af små tråde sammen. Deres arbejde kan føre til spændende ny elektronik og solapplikationer. At lykkes, de kaldte på plasmonik.

Et område med intensiv forskning på nanoskala er skabelsen af ​​elektrisk ledende masker lavet af metal nanotråde. Lovende usædvanlig elektrisk gennemstrømning, lave omkostninger og nem behandling, ingeniører forudser en dag, hvor sådanne masker er almindelige i nye generationer af berøringsskærme, video visninger, lysemitterende dioder og tyndfilmede solceller.

Står i vejen, imidlertid, er en stor teknisk hindring:Under behandling, disse sarte masker skal opvarmes eller presses for at forene krydset mønster af nanotråde, der danner masken, beskadige dem i processen.

I et papir, der netop er offentliggjort i tidsskriftet Naturmaterialer , et team af ingeniører hos Stanford har demonstreret en lovende ny nanotrådssvejseteknik, der udnytter plasmonics til at smelte ledningerne sammen med et simpelt lys.

Selvbegrænsende

Kernen i teknikken er plasmonikkens fysik, samspillet mellem lys og metal, hvor lyset strømmer over metalets overflade i bølger, som vand på stranden.

"Da to nanotråde lå på kryds og tværs, vi ved, at lys vil generere plasmonbølger på det sted, hvor de to nanotråde mødes, skabe et hot spot. Skønheden er, at hot spots kun eksisterer, når nanotråde rører, ikke efter at de er smeltet sammen. Svejsningen stopper af sig selv. Det er selvbegrænsende, "forklarede Mark Brongersma, en lektor i materialevidenskab ved Stanford og en ekspert i plasmonik. Brongersma er en af ​​undersøgelsens seniorforfattere.

"Resten af ​​ledningerne og, lige så vigtigt, det underliggende materiale er upåvirket, " bemærkede Michael McGehee, en materialeingeniør og seniorforfatter af papiret. "Denne evne til at opvarme med præcision øger kontrollen betydeligt, hastighed og energieffektivitet ved nanoskala svejsning. "

I før-og-efter-elektron-mikroskopbilleder, individuelle nanotråde er visuelt forskellige inden belysning. De lå oven på hinanden, som to væltede træer i skoven. Når den er oplyst, den øverste nanotråd fungerer som en slags antenne, leder lysets plasmonbølger ind i den nederste ledning og skaber varme, der svejser ledningerne sammen. Efterbelysningsbilleder viser X-lignende nanotråde, der ligger fladt mod underlaget med sammensmeltede samlinger.

Gennemsigtighed

Ud over at gøre det nemmere at producere stærkere og bedre ydende nanotrådsnet, forskerne siger, at den nye teknik kunne åbne mulighed for meshelektroder bundet til fleksibel eller gennemsigtig plast og polymerer.

For at demonstrere mulighederne, de påførte deres mesh på Saran wrap. De sprøjtede en opløsning indeholdende sølv nanotråde i suspension på plasten og tørrede den. Efter belysning, tilbage var et ultratyndt lag af svejste nanotråde.

"Så kuglede vi det sammen som et stykke papir. Da vi foldede indpakningen ud, den bevarede sine elektriske egenskaber, " sagde medforfatter Yi Cui, en lektor i materialevidenskab og teknik. "Og når du holder den op, det er næsten gennemsigtigt."

Dette kan føre til billige vinduesbelægninger, der genererer solenergi og reducerer blænding for dem, der er indeni, sagde forskerne.

"I tidligere svejseteknikker, der brugte en kogeplade, dette ville aldrig have været muligt, " sagde hovedforfatter, Erik C. Garnett, PhD, en postdoktor i materialevidenskab, der arbejder med Brongersma, McGehee og Cui. "Saran -omslaget ville have smeltet langt hurtigere end sølvet, ødelægger enheden øjeblikkeligt. "

"Der er mange mulige anvendelser, som ikke engang ville være mulige i ældre udglødningsteknikker, "sagde Brongersma." Dette åbner nogle interessante, enkle og store arealbehandlingsordninger for elektroniske enheder - solenergi, LED'er og touch-skærme, især."