处理纳米材料的新方法：有望制造可扩展性和低成本的薄膜器件

经强烈的光脉冲融合后获得的球形银纳米粒子和纳米线。图片来自：拉吉夫马尔霍特拉/罗格斯大学——新不伦瑞克

根据最新研究，美国罗格斯大学(Rutgers University- new Brunswick)和俄勒冈州立大学(Oregon State University)的工程师们正在开发一种处理纳米材料的新方法，这种新方法有望更快、更便宜地制造柔性薄膜器件——实现从触摸屏到窗户涂料。

“强脉冲光烧结”法在比激光大近7000倍的区域使用高能光线，以在数秒内融合纳米材料。纳米材料的特点是体积小，以纳米为单位。纳米是百万分之一毫米，比头发丝直径小约10万倍。

现有的脉冲光融合方法是在大约250℃（华氏482度）的温度下将银纳米球融入导电的结构中。发表在RSC Advances上的新研究由罗格斯工程学院工程学系博士Michael Dexter领导，研究表明，在150℃（华氏302度）下就能获得很好的融合效果，同时还能保留熔融银纳米材料的导电性。

工程师们从不同形状的银纳米材料开始：除纳米球外，还有又细又长的纳米线。研究表明，融合所需的温度急剧降低时，使得在柔性设备中使用低成本、对温度敏感的塑料基材（如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚碳酸酯）时并不会损坏它们。

该研究的资深作者，罗格斯大学机械与航空航天工程系助理教授Rajiv Malhotra表示：“ 纳米材料的脉冲光烧结技术能够真正快速地用于制造大规模经济的柔性器件。我们的创新之处在于通过使用更低成本的温度敏感衬底来扩展此功能。”
 

通过将纳米颗粒暴露于来自氙灯的强烈光线的脉冲下来熔合或烧结纳米颗粒。图片来自：Rajiv Malhotra /罗格斯大学 – 新不伦瑞克

 熔融银纳米材料由于良好的导电性被用于诸如射频识别（RFID）标签、显示器件和太阳能电池等设备中。这些产品的柔性形式依赖于导电纳米材料在柔性基底或平台（如塑料和其他聚合物）上的融合。

Malhotra说，“下一步是观察其他纳米材料的形状是否会使聚变温度更低，包括扁平薄片和三角形。”

在科学报告（Scientific Reports）中发表的另一项研究中，罗格斯大学和俄勒冈州的工程师们展示了硫化铜纳米颗粒（一种半导体）的脉冲光烧结，以制造厚度小于100纳米的薄膜。

该研究的资深作者Malhotra说：“我们能够在两到七秒内完成这种融合，而现在通常需要几分钟到几小时。我们还展示了如何使用脉冲光融合工艺来控制薄膜的电学和光学特性。”

该研究表明，他们的发现可以加速用于控制太阳能红外灯、晶体管和开关窗户涂层的硫化铜薄膜的制造。这项工作得到了美国国家科学基金会和沃尔玛制造创新基金会的资助。

原文来自phys