Forbedring af ledningsevnen af ​​metalnanoelektroder opnået via plasmonforstærket lasernanolodning

I en ny publikation fra Opto-Electronic Advances , diskuterer forskningsgrupperne af professor Xuan-Ming Duan fra Jinan University Guangzhou, Kina og professor Mei-Ling Zheng fra Institute of Physics and Chemistry of Chinese Academy of Sciences, Beijing, Kina plasmonforstærket nanolodning af sølvnanopartikler til højledende nanotråde elektroder.

I de senere år er metal nanotrådselektroder blevet meget brugt i nye fotodetektorer, fleksible kredsløb, solceller, berøringspaneler osv. Femtosekund laser direkte skrivning (FsLDW), baseret på multi-foton absorption induceret fotoreduktion, bruges til at bygge Ag nanotråde ( NWs) for konstruerede mønstre i to og tre dimensioner med submikron opløsning. Denne teknologi har unikke fordele med høj opløsning, ægte tredimensionalitet og fleksibilitet. Imidlertid er Ag NW'erne konstrueret af FsLDW sammensat af de små Ag-nanopartikler (NP'er). Der er hulrum eller polymerbelægninger mellem Ag NP'er, hvilket resulterer i dårlig elektrisk ledningsevne. For at øge ledningsevnen af ​​de direkte-skrivende Ag NW'er og reducere dens modstand, er det derfor nødvendigt at reducere afstanden mellem Ag NP'erne og øge kontaktområdet for at reducere energidissipationen af ​​de ledende elektroner i elektroden. For Ag NWs-elektroderne ved laserbestråling kan den fototermiske effekt øge kontaktarealet af tilstødende Ag NP'er betydeligt og forbedre ledningsevnen af ​​Ag NWs-elektroden. Denne protokol giver en ny og højeffektiv løsning til opnåelse af større areal, høj ensartethed og mønstret nanotråds ledningsevneforbedring.

Forskergruppen af ​​professor Xuan-Ming Duan fra Institute of Photonics Technology ved Jinan University og forskningsgruppen af ​​professor Mei-Ling Zheng fra Institute of Physics and Kemi, Chinese Academy of Sciences foreslog i fællesskab en optisk metode til at forbedre den elektriske ledningsevne af Ag NW'erne ved plasmonforstærket lasernanolodning (PLNS) (figur 1a). Denne metode bruger smart de strukturelle egenskaber af Ag NW'er fremstillet af FsLDW. NW'erne er sammensat af aggregater af NP'er reduceret af multifotonabsorptionseffekten, og plasmoner "hot-spots" genereres blandt NP'erne under laserbestråling (figur 1b, c). Den lokale Ag NP'er forbindelse eller lodning ved stuetemperatur opnået ved plasmonforstærket fototermisk effekt, som signifikant kan øge kontaktområdet mellem Ag NP'er og forbedre ledningsevnen af ​​NW'er. I modsætning til den traditionelle varmeudglødning er opvarmningsdelen af ​​denne metode kun lokaliseret i nærheden af ​​hot spot, hvilket ikke vil forårsage termisk skade på substratet (figur 1d, e).

Denne laser nanoloddeteknologi kræver ikke kompliceret efterbehandling og øger direkte ledningsevnen af ​​Ag NWs elektroden fremstillet af FsLDW. Yderligere undersøgelse af indflydelsen af ​​lasereffekttæthed og nanoloddetid på ledningsevnen af ​​Ag NWs viser, at modstanden af ​​Ag NWs falder betydeligt med stigningen af ​​lasereffekttæthed eller nanoloddetid. Som vist i figur 2a, b har stigningen i ledningsevne en tendens til at blive mættet. Dette skyldes, at de NP'er og nanogaps, der er tilgængelige til nanolodning, gradvist aftager, efterhånden som laserbestrålingstiden øges. Under de optimerede eksperimentelle forhold var lasereffekttætheden 9,55 MW/cm ² og nanoloddetiden var 15 minutter. Den maksimale ledningsevne blev øget til 2,45×10 ⁷ S/m, hvilket var 39 procent af bulk Ag. Denne forskning giver en effektiv, kontrollerbar og billig metode til at forbedre ledningsevnen af ​​Ag NWs og fremmer anvendelsen af ​​FsLDW af Ag NWs elektroder som aktive SERS-substrater, transparente elektroder, kondensatorer, lysemitterende dioder og tyndfilmssolenergi. celler.

Team udvikler strækbare og gennemsigtige elektroder i stor skala