CN112008181A - 焊接银纳米线的工艺 - Google Patents

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邹强
李诗豪
艾昕晨
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Tianjin University
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Abstract

本发明属于纳米材料的焊接技术，尤其是涉及一种焊接银纳米线的工艺，包括将颗粒直径小于10纳米且浓度为0.2克每毫升的金纳米颗粒水溶液与银纳米线直径为90纳米的银纳米线乙醇溶液按照50：1的比例混合30分钟；之后将混合好的溶液以6000转每分钟的速率进行10秒离心处理；并将离心后的溶液上层金纳米颗粒去除，向混合后的溶液加入乙醇至混合溶液浓度为13.3毫克每毫升；本发明采用水浴加热焊接的方式工艺简单不需要复杂的点对点的加工，省时省力；采用这种焊接工艺，不会产生大量因为外加能量而大量断裂，同时耗能低，成本低廉。

Description

焊接银纳米线的工艺
技术领域
本发明属于纳米材料的焊接技术，尤其是涉及一种焊接银纳米线的工艺。
背景技术
随着太阳能电池和柔性电子技术的发展，对柔性透明材料提出新的要求；柔性透明电子器件的基础就是纳米材料，其中包括纳米银线，石墨烯，碳纳米管，金纳米颗粒等；但是对纳米材料的加工工艺是十分复杂甚至是不可行的，因为纳米材料是在各维度上尺度是纳米级的，这样在纳米尺度上的操作是十分费力和繁琐的。
纳米加工工艺中重要一项就是纳米银线的焊接，基于纳米银线的柔性透明电极的制作关键就是纳米银线搭连处结点的焊接；基于银纳米线的柔性电极就是将银纳米线涂敷在透明基底上，纳米银线相互搭连在基片上形成通路。其中结点电阻的大小直接影响该器件的品质，银纳米线相互之间只有稳定的搭连才能形成小电阻的导电通路，如果搭连结点松动不紧密则器件的电阻将会很大而不能工作。
针对于银纳米线搭连结点的焊接之前有很多技术，比如将搭连在一起两根银纳米线通上一定的电流，由于结点电阻较大会产生焦耳热从而将银纳米线焊在一起；银纳米线与银有不同的物理性质其中就是银纳米线的熔点很低将近180摄氏度(与不同型号的银纳米线有关)但是这样一根一根通电流焊接十分繁琐，而大面积通电流又会烧断纳米银线，因此需要设计一种新型的焊接银纳米线的工艺。
发明内容
本发明为了有效的解决上述背景技术中的问题，提出了一种焊接银纳米线的工艺，具体技术方案如下：
一种焊接银纳米线的工艺，包括如下步骤：
a将颗粒直径小于10纳米且浓度为0.2克每毫升的金纳米颗粒水溶液与银纳米线直径为90纳米的银纳米线乙醇溶液按照50：1的比例混合30分钟；之后将混合好的溶液以6000转每分钟的速率进行10秒离心处理；并将离心后的溶液上层金纳米颗粒去除，向混合后的溶液加入乙醇至混合溶液浓度为13.3毫克每毫升；
b取出上述配好的溶液10微升，利用棒涂的方式将溶液涂敷在玻璃基底上，并反复棒涂多次，形成薄膜；而棒涂的方式可以让金纳米颗粒修饰在银纳米线搭连的节点上，以降低银纳米线结点的电阻；
金纳米颗粒之所以会自组装在纳米银线搭连的结点上是因为毛细力的作用；在每一次的棒涂后会在玻璃基底上形成一个约为20微米厚的乙醇溶液薄膜，瞬间乙醇薄膜会破碎成很多小块的乙醇溶液，由于表面张力的影响这些小块的乙醇溶液会聚集在纳米线银线搭连的结点周围；这些碎块的乙醇溶液就像是毛细管一样可以通过毛细力将溶液中的金纳米颗粒输运到银纳米线搭连的结点周围，构成自组装修饰；
c将上诉做好的银纳米薄膜喷涂上乙二醇溶液(沸点197摄氏度)，在将喷涂后的基片放入烘干箱中，并以180摄氏度加热30分钟；
喷涂乙二醇，是由于张力作用，乙二醇更容易团聚在金纳米颗粒修饰的纳米银线搭连的结点上，之后放入烤箱烘干相当于一种水裕加热过程，乙二醇的溶液会更有效的吸收集中热量来升高温度使其蒸发，而包裹在乙二醇溶液里纳米银线搭连结点温度升高开始融化融合在一起，而其他地方的纳米银线吸收热量很少温度不高而不会断裂；
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.简单性：采用水浴加热焊接的方式工艺简单不需要复杂的点对点的加工，省时省力；
2.可靠性：采用这种焊接工艺，不会产生大量因为外加能量而大量断裂；
3.成本性：该方法可大量加工，耗能低，成本低廉。
附图说明
图1为制作基于金纳米颗粒自组装银纳米线搭连结点处的工艺流程图；
图2是水浴加热焊接工艺流程图；
图3是加工后放大的结果示意图。
图中1是20克每毫升的银纳米线乙醇溶液，2是直径为90纳米的银纳米线，3是乙醇，4是金纳米颗粒的水溶液，5是平均直径小于10纳米的金纳米颗粒，6是离心机，7是玻璃基片，8是刮涂棒，9是放大化的银纳米线，10是银纳米线搭连的节点，11是金纳米颗粒，12是混合液体用的容器，13是滴管，14是喷涂的喷枪口，15是喷涂出的乙二醇溶液，16是烘箱，17是包裹了银纳米线搭连结点的乙二醇溶液。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明；
参见图1至图3，本发明提供一种焊接银纳米线的工艺
其工艺流程为：
分别从浓度为20克每毫升的银纳米线乙醇溶液1和浓度为0.2克每毫升金纳米颗粒水溶液4中按1：50的比例取出一定量的溶液，将取出去的溶液放入容器13中，放置时间约为30分钟使其充分均匀融合；再将混合溶液放置在离心机6上以6000转每秒的速度进行离心分层处理，剔除上层的金纳米颗粒，取下层的混合溶液，再向混合溶液中不断加入乙醇直到使其浓度达到13.3毫克每毫升。在用滴管13将配置好的溶液滴入10微升到玻璃基片7上，再用刮涂棒8在玻璃基片上刮涂溶液，使溶液在玻璃基片上形成约为20微米厚的液态薄膜，由于张力作用这层薄膜会很快破裂成多个小块，反复刮涂几次；破裂形成的乙醇溶液碎块相当于毛细管，它可以通过毛细力的作用自发的将溶液中的金纳米颗11粒输运到银纳米线搭连的结点上10，再用喷枪14以喷涂的方式向渡有银纳米线薄膜的玻璃基片7上喷上一层乙二醇溶液15，再将喷好后的样品7放入在烘干箱中以180摄氏度的温度烘干半小时，由于张力的作用乙二醇更容易聚集在纳米银线的结点处，在烘干箱中乙二醇溶液更容易吸收热量升高温度使得纳米银线结点处温度升高较快，更早到达融化温度使其熔融在一起，而其它地方升温慢温度低，纳米银线不会发生断裂现象。这样就可以将纳米银线的结点焊在一起，极大的降低了器件的电阻提高了其稳定性；
需要说明的是本工，艺所采用的原料包括浓度为0.2克每毫升金纳米颗粒水溶液4，其中金纳颗粒5的直径小于10纳米和20克每毫升的银纳米线乙醇溶液1，其中银纳米线2的直径为90纳米都可以直接购买，事实上全部来自南京先锋纳米公司；
需要说明的是金纳米颗粒自组装是一种自发的行为不需要人为的控制和操作，同时组装的情况也是一种概率行为；
需要说明的是有金纳米颗粒修饰的结点焊接效果更好结点电阻更低；
需要说明的是水浴加热时间需要根据不同加工参数而调整，找到可以让结点温度升高到可以融化焊接而其他部分温度不足以使银线断裂；
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种焊接银纳米线的工艺，其特征在于:包括如下步骤：
a.将颗粒直径小于10纳米且浓度为0.2克每毫升的金纳米颗粒水溶液与银纳米线直径为90纳米的银纳米线乙醇溶液按照50：1的比例混合30分钟；之后将混合好的溶液以6000转每分钟的速率进行10秒离心处理；并将离心后的溶液上层金纳米颗粒去除，向混合后的溶液加入乙醇至混合溶液浓度为13.3毫克每毫升；
b.取出上述配好的溶液10微升，利用棒涂的方式将溶液涂敷在玻璃基底上，并反复棒涂多次，形成薄膜；而棒涂的方式可以让金纳米颗粒修饰在银纳米线搭连的节点上，以降低银纳米线结点的电阻；
c.将上诉做好的银纳米薄膜喷涂上乙二醇溶液(沸点197摄氏度)，在将喷涂后的基片放入烘干箱中，并以180摄氏度加热30分钟。
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