暨南大學和中國科學院的研究人員開發了一種等離子體(ti) 增強激光納米焊接技術（PLNS），以提高使用飛秒激光直寫(xie) （FsLDW）製造的銀納米線的導電性。該項技術為(wei) 快速生產(chan) 均勻靈活和高導電性的大麵積金屬納米電極和電容器，提供了一種高效經濟的途徑。

FsLDW工藝用於(yu) 構建用於(yu) 2D和3D工程圖案的銀納米線，並具有亞(ya) 微米級的分辨率。這種納米加工方法具有多種優(you) 勢，包括高分辨率、真實的三維度和靈活性，目前在光電器件製造領域中得到了廣泛應用。

然而，使用這種方法存在一個(ge) 挑戰。使用FsLDW工藝構建的銀納米線是由銀納米粒子的聚集體(ti) 組成，其中含有會(hui) 降低導電性的空隙或聚合物夾雜物。為(wei) 了增加銀納米線的導電性並降低直寫(xie) 銀納米線的電阻，研究人員旨在減少間隙並增加銀納米粒子間的接觸麵積，從(cong) 而減少電極中導電電子耗散的能量。

研究人員通過實驗發現，利用光熱效應可顯著增加相鄰銀納米粒子的接觸麵積。對此，研究人員利用了FsLDW製造銀納米線的結構特征，成功通過等離子體(ti) 增強激光納米焊接提高銀納米線的導電性。在多光子效應下，由納米粒子聚集體(ti) 組成的納米線會(hui) 減少。在激光照射下，納米粒子之間還會(hui) 產(chan) 生等離子體(ti) “熱點”。

銀納米粒子可以在室溫下通過等離子體(ti) 增強的光熱效應實現焊接。這一過程顯著增加了納米粒子之間的接觸麵積，提高了納米線的導電性。與(yu) 傳(chuan) 統退火不同，在納米焊接方法中，熱量集中在熱點附近，因此不會(hui) 對基材造成熱損傷(shang) 。

等離子體(ti) 增強激光納米焊接係統示意圖和光學實驗裝置如上圖（a）所示。中心波長為(wei) 532nm、脈衝(chong) 寬度為(wei) 8ns、重複頻率為(wei) 10Hz的脈衝(chong) Nd:YAG激光器（Spectra-Physics，Quanta-Ray）用作激光納米焊接的光源。

納秒脈衝(chong) 激光束通過針孔形成直徑為(wei) 5mm的光斑，以使激光束整形產(chan) 生均勻的輻射光場。采用衰減器調節激光功率密度，利用機械快門控製激光照射時間精確到1ms，以研究激光照射對導電率的影響。

如上圖所示，基於(yu) 銀離子的多光子吸收誘導光還原，通過 FsLDW 製造了平均尺寸約為(wei) 30nm的銀納米線。在等離子體(ti) 增強激光焊接工藝中，納秒脈衝(chong) 激光對銀納米粒子的吸收會(hui) 在幾皮秒的時間尺度上引起快速加熱和熔化。因此，相鄰的銀納米粒子在激光照射後接觸並焊接在一起。當幾個(ge) 納米粒子聚集在一起時，由銀納米粒子的表麵等離子共振（SPR）引起的光熱效應可以大大增強。

因此，低密度的光集中在兩(liang) 個(ge) 相鄰的銀納米粒子之間的間隙處，這些區域被稱為(wei) “熱點”。研究人員對激光與(yu) 銀納米粒子的相互作用進行建模，等離子體(ti) 增強電場的數值計算如上圖（c）所示。

當入射光的偏振方向平行於(yu) 粒子間軸而不是垂直於(yu) 粒子間軸時，粒子間的電場顯著增強。銀納米粒子的熱值與(yu) 局部光場強度成正比。增強的光強度有利於(yu) 將局部納米焊接溫度提高到室溫環境下的熔點。

上圖顯示的是等離子體(ti) 增強激光納米焊接工藝示意圖。通過用532nm激光照射，將由銀納米粒子組成的銀納米線電極放置在蓋玻片上。在激光照射下，由於(yu) 等離子共振吸收，銀納米線在532nm處具有強光吸收。這種光熱效應可以使納米粒子通過將光能轉化為(wei) 熱能產(chan) 生溫度增強。

隨著溫度升高，納米粒子表麵就會(hui) 發生熔化或燒結，並通過圖（ii）所示的等離子體(ti) 增強光場在粒子間隙處增強。當兩(liang) 個(ge) 納米粒子結合在一起時，它們(men) 會(hui) 形成一個(ge) “頸部”。銀納米粒子的熔化和燒結過程始於(yu) 快速“頸部”的形成，然後是由表麵擴散驅動的“頸部”生長。最後，銀納米粒子的再結晶導致形成致密的銀納米線，如圖（iii）所示。

如上圖（e）所示。在激光納米焊接之前，銀納米線是由單個(ge) 銀納米粒子組成，並且納米粒子之間存在大量納米間隔，如圖（ei）所示。激光納米焊接後，納米粒子的熔化導致納米間距的減小和粒徑的增加。隨著納米焊接時間的增加，熔化更加充分，納米粒子緊密連接，如圖（e-iii）所示。在足夠激光功率的照射下，等離子體(ti) 增強激光納米焊接工藝可以加速銀納米粒子在特定區域內(nei) 的聚集，從(cong) 而形成相對光滑和緊湊的連續納米線。

另外，激光納米焊接技術不需要複雜的後處理，直接提高了FsLDW製備銀納米線電極的導電性。研究人員還研究了激光功率密度和納米焊接時間對銀納米線導電率的影響，發現當提升激光功率密度或增加納米焊接時間時，銀納米線的電阻會(hui) 明顯降低。隨著激光照射時間的增加，納米焊接的納米粒子和納米間隙逐漸減少，此時導電率的增加就趨於(yu) 飽和。

研究人員表示，近年來金屬納米線電極已廣泛應用於(yu) 光電探測器、柔性電路、觸控麵板和其他設備中。除了提高銀納米線的導電性外，納米焊接方法還支持使用FsLDW構建的銀納米電極作為(wei) 活性表麵增強拉曼光譜基板、透明電極、電容器、發光二極管和薄膜太陽能電池。未來，高性能納米電極將為(wei) 微電子領域應用發展，提供更有利的材料性能。