李赵 付红栓 金立玺
上海市特种设备监督检验技术研究院 上海市 200062
摘要：纳米银线透明导电薄膜具有优异的光学透过性和导电性能，是最有可能替代ITO的材料。本文简要地叙述了纳米银线的生长机理，着重介绍了近年来纳米银线的激光束焊接、化学焊接、电阻焊接及冷焊等焊接工艺现状，并对纳米银线透明导电薄膜的应用前景进行了展望。
关键词：纳米银线；生长机理；导电性；焊接工艺
近年来，由于科学工作者在光电子器件上提供了更智能、更轻巧、更灵活的设计，因此，柔性电子学这一新兴领域越来越受到人们的关注。透明导电薄膜作为光电子器件的关键元件之一，也面临着新的机遇和挑战。透明导电薄膜(transparentconductivefilm，简称TCF)是一种具有光学透过性和导电性能的材料，被广泛地应用于各种光学电子设备中，包括电子阅读器、LED显示屏、智能窗、太阳能光伏设备等口。在传统透明导电领域中，氧化铟锡(ITO)是使用最广泛的材料。然而，由于ITO具有加工成本高、世界储量少、性质较脆等缺点，使其不适用于柔性电子设备中。到目前为止，研究人员已经开发出多种可代替ITO的透明导电材料，包括碳纳米管、石墨烯、导电聚合物、金属网格以及纳米银线等。在上述透明导电材料中，由于纳米银线优异的光电性能和机械性能，使其成为最有可能取代ITO的透明导电薄膜材料，
1纳米银线的生长机理
纳米银线(AgNWs)是一种立方面心格子构造(fcc)的一维纳米银材料，可作为柔性透明导电薄膜的重要组成部分，在薄膜上形成搭载网格结构以获得优异的导电性能。以多元醇法制备AgNws的典型生长机理口胡认为：硝酸银被还原成银原子，当银原子浓度达到过饱和值时，它们就会经过均匀成核形成孪晶和单晶种子。由于PVP封端剂的吸附、氯离子的静电稳定作用以及还原速率等因素，使孪晶粒子的表面能相对较低，不能聚集成较大的颗粒。
2纳米银线透明导电薄膜的焊接工艺现状
随着光电设备日渐趋于小型化、精密化和高性能化，使其成为可折叠的便于携带的产品。因此，对透明导电薄膜质量的要求越来越高，进而对薄膜制备工艺的要求也越来越高。尽管AgNWs薄膜具有许多突出的优点，但是如何在高透光率下获得低的片电阻仍然是一个挑战，这是亟待解决的问题。AgNWs网络的电导性明显取决于AgNWs之间的连接。以传统方法制备的AgNws网络存在较大的接触电阻和接触稳定性问题，不利于电子设备的精细化应用。为了降低片材电阻，研究人员提出了几种有效的AgNws焊接方法，包括激光束焊接、化学焊接、电阻焊接及冷焊等。
2.1激光束焊接工艺的研究进展
激光束焊接是一种以脉冲激光扫描AgNws产生局部熔融，并改善交叉结点接触，而不影响纳米线网络的其他区域的高效焊接方法。这是由于纳米线网络受脉冲激光辐照，两根交叉纳米线之间的纳米级间隙中出现一定浓度的电磁场而在纳米线结处产生热量，该热量足以激活孤立的银原子在纳米线结上融化并再结晶成焊点。Song等人发现通过激光焊接可以改善AgNws结处的电接触。这是因为激光辐照引起空间光场强度增强的等离子体能量耦合，并在银纳米线结处产生局部热效应，这种热效应使纳米线仅在结点处融合，而不影响整个网格的整体形态。AgNws作为优良的柔性电子用纳米材料，通常需要后热退火工艺来提高其电导率。这是由于AgNWs太短而不能大面积覆盖，并且部分银线被聚合物(如聚乙烯吡咯烷酮(PVP))覆盖，极大降低了电导率。Lee即将两种不同的激光诱导焊接工艺脉冲激光诱导纳米焊接(LINW)和连续波扫描(LINW)作为银纳米线基导体的替代退火工艺，在非常短的激光辐照下，AgNWs在网络结点处选择性地熔化与合并，形成了稳定的银纳米线网络结构。由于激光是单色光子源，它可使耦合到纳米线结中的光子能量最大化，具有更高的电场增强，在处理速度和热可控性、对衬底的热损伤等方面具有良好的优势胁。因此，Park在激光焊接的基础上开发了一种蓝色激光退火工艺，以提高柔性透明薄膜与银纳米线网络电极的连接性。
该蓝光退火工艺不仅可以去除AgNWs表面的聚乙烯吡咯烷酮，还可以消除电路中的Rc元件，极大地提高了电极的导电性能，而其光学透射率不发生改变。
2.2化学焊接工艺的研究进展
化学焊接是一种简单易行的方法，它可以通过化学电镀、还原、生成的办法将纳米线焊接在一起，形成一种可靠性更强的连结。Kan萨2明等人用含有卤化钠盐类的水溶液通过浸渍涂覆的方法进行卤化物焊接。该焊接方法显著降低了AgNws电极的薄膜电阻，这是因为纳米银线网络将已溶解的银离子自动催化添加到纳米银线结点上，增加了银线的接触面积，同时还保持了良好的光透射率。这种简单、成本低、功耗低的卤化物焊接技术提供了一种用于制备下一代柔性光电器件的透明电极的创新方法。Liang等人则发现了一种更简便的方法，即在可见光的条件下，以O：和HCl气体作为蚀刻气体将诱导的银原子从底部转移到顶部的AgNWs交界处，然后，这些银原子在顶部AgNWs网格的结点部位进行结晶，最终导致银原子在AgNws之间的连接处聚结。Lee副等人则通过在导电衬底上沉积Ag纳米颗粒(AgNPs)，然后在银纳米线的结点处施加高静电势。与此同时，AgNPs自发溶解于水中形成Ag+，并在AgNWs的结点处选择性地被还原为单晶Ag焊料，对纳米线网络进行自发焊接。该工艺在室温下能够自发地、选择性地在水中对AgNWs焊接，而不需要任何还原剂或金属盐。
2.3电阻焊接工艺的研究进展
电阻焊接是一种通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面积及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。该法具有生产效率高、成本低、易于自动化等优点。seon等人利用带电液滴沉积在柔性膜上，所带电荷流过纳米线网络产生电流，此时，由于AgNws结的高接触电阻产生焦耳热，使结点加热熔融，这种加热最终导致AgNWs结的自焊接。Garnett叩等人则发明了UV灯诱导AgNWs的光学焊接技术。该技术以金属电阻损耗使得有效光集中，并以有效光作为驱动热源来焊接交叉的银纳米线，这直接改善了纳米线结的导电性能。Liu妇等人展示了一种在室温条件下通过无掩模等离子体射流扫描焊接AgNws结的方法。该方法是以等离子体子弹接触AgNWs，子弹中的电荷通过结点在AgNWs中瞬间流动，从而产生电流，并在结点处产生焦耳热诱导银纳米线进行自焊接。经等离子体射流处理后，AgNWs的形貌基本上没有发生改变，其结点则被焊接在一起，获得的AgNWs薄膜表现出更强的导电性能和机械性能。Park幻等人也发现了这种方法。他们认为银纳米线能够快速诱导等离子体相互作用，并在银线结点处产生具有自限光热反应的局部热能，该热能能够驱动纳米线结快速地进行完全的自焊接行为。
3结语
近年来，随着光电技术的不断发展，透明导电薄膜的市场需求日益增大，而AgNWs因具有优异的光电性能被认为是代替ITO最理想的材料，其市场地位日益突出。由于光电设备日渐趋于小型化、精密化、高性能化，对透明导电薄膜的质量要求也越来越高。对于纳米组件的组装和集成而言，互连网络结构是至关重要的，是实现纳米电子学相关应用的有效技术。目前，纳米焊接正得到密集的发展，各类纳米焊接技术已相继被发现。相信在未来，纳米线焊接技术会愈来愈成熟，成为降低薄膜电阻的重要手段之一。此外，作为ITO在透明导电膜领域的替代性材料，纳米银线对光电产品已经产生了深远的影响，并且在未来的移动终端、可穿戴设备、智能家电等领域将发挥重大作用，成为未来物联网不可或缺的材料。
参考文献
[1]闫国栋,张晓东,黄林泉,梁雨轩,雷国伟,杨钊,魏葳.银纳米线薄膜化学焊接工艺[J].包装工程,2021,42(09):115-123.
[2]王朝朝. 电热双响应性形状记忆聚乳酸/聚氨酯/银纳米线复合薄膜的制备及其性能研究[D].青岛科技大学,2020.
[3]孙世铎. 原子尺度下超细银纳米线变形机制的原位透射电镜研究[D].北京工业大学,2019.
[4]王尚. 银纳米线导电薄膜制备与电镀修饰及性能[D].哈尔滨工业大学,2019.
[5]楚西坤. 银纳米线透明导电薄膜的制备及稳定性研究[D].中国科学技术大学,2019.