双束激光直写技术制备的柔性银纳米线及其电学和热学性质研究

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随着柔性电子学的发展和人们对柔性电子设备越来越迫切的需求,探索在柔性基底上制备金属器件并研究其性能是满足未来市场和社会对柔性电子设备需求的必由之路。  为了实现激光直写技术在柔性基底上进行金属结构的制备,在单光束激光直写技术的基础上,我们根据多光子吸收理论和激光光镊原理设计了一套双光束激光直写实验系统。利用双光束直写系统实现了塑料基底上银纳米线的制备。所制备的银纳米线的线宽为134 nm,对应线高为50nm,突破了两束激光的衍射极限。在一定的实验条件下计算了光镊力的大小和方向,同时分析了其对所制备银纳米线形貌的影响。在双光束作用的分析中发现了银纳米线制备中不同波长的双光子吸收现象。  用拉伸性弯折和压缩性弯折两种方法研究了银纳米线的柔韧性。拉伸性弯折弯折半径减小到1 mm时,银纳米线的电阻相对于其未弯折时的电阻只增加了3.10%;恢复到水平状态时,其电阻的增加率为0.85%;且弯折2000次之后电阻增加率只有6.63%。相对未弯折时的电阻,压缩性弯折半径的减小到1mm时,其减小了16%;且弯折3500次之后电阻的增加率只有1.3%。这表明银纳米线的柔韧性是非常优越的。  利用多次通电的方法使银纳米线的电阻率((8.00±1.25)×10-8Ω·m)降低到块体银电阻率的5倍左右。通过研究银纳米线的电阻随温度的变化,得到银纳米线的剩余电阻率、声电耦合系数和德拜温度分别为(1.12±0.05)×10-7Ω·m,(5.72±0.24)×10-8Ω·m和210 K。而且发现银纳米线是耐低温材料,可以在10K的低温状态正常运行。同时发现当温度接近德拜温度时热导率出现最大值。接着研究了银纳米线的洛仑兹数随温度的变化,发现其并不是常数,当温度低于100k时,其随温度的变化很剧烈。当温度大于100 K时,洛仑兹数随温度的变化很缓慢。但温度接近室温时,洛仑兹数(1.67×10-7 W·Ω/K2)大于索末菲常数(2.44×10-8W·Ω/K2)。最后,根据银纳米线电阻随温度的变化性质,我们设计了一个微纳温度计,并讨论了其温度测试误差。  双光束激光直写技术不仅可以在塑料基底上制备银纳米线,在一定的实验条件下还可以在非塑料基底上加制备其他金属的二维或三维结构。通过研究其制备的三维结构的性质为可穿戴柔性器件的制备奠定良好的基础,进而实现可穿戴柔性器件的加工。同时,通过进一步研究金属纳米线的热学和电学性质对了解纳米材料的能量传递、转化和应用都有重要的意义。
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