激光干涉和激光直写技术应用于可控微纳结构的制备

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随着高性能的器件对纳米结构的需求日益增加,可控微纳结构的研究成为科研的热点之一。有序微纳结构在理化性能上表现出一些优异的特性,在微电子、传感和生化检测等领域具有应用前景。另外,有时为了达到特定功能,需要对材料进行特定结构化加工来满足需求。可控微纳结构的制备,重点在于微纳加工技术的应用,使其朝着简化制备工艺、低成本和高重复性的方向发展。激光束具有能量密度高,精度高,加工速度快,非机械接触加工和控制灵活等优点,使其广泛应用于激光微加工。尤其是激光干涉加工和激光直写技术,可以摆脱了掩模制版的约束,极大地提高了加工效率和重复性。  本论文利用355nm脉冲激光干涉作用于银离子膜,简单快捷地制备了银纳米颗粒周期性结构,然后通过低温烧结作用将银纳米颗粒周期性结构转变为银纳米线周期性结构,在最佳烧结条件下,银纳米线的线长可以达到2.8μm(温度为250℃,烧结时间为1h)。为了进一步提高银纳米线的长度,利用两种波长的光还原银纳米球或银纳米片填充于银纳米线断裂处,通过二次烧结来改善银纳米线在线长方向的连续性。365nm光还原诱导生长银纳米球,通过二次烧结,银纳米线的长度可以增加到3.0μm。615nm光还原诱导生长银纳米片,通过二次烧结,银纳米线的长度可以增加到3.2μm。  采用激光直写技术在高绝缘聚酰亚胺(PI)薄膜上制备柔性导电线路,研究了激光功率和扫描速度对导电性能的影响。当扫描速度一定,在合适激光功率范围内,激光直写PI导电线路的电导率与激光功率成线性关系。电导率最高可以达到9.2S/cm。为了进一步提高导电线路的导电性能,提出掺杂改性和表面改性PI薄膜。激光直写掺杂单晶银纳米片的PI薄膜,单晶银纳米片与激光碳化结构熔合,使导电率提高到2.9倍。激光直写掺杂氧化石墨烯的PI薄膜,激光碳化聚酰亚胺和激光还原氧化石墨烯可以同时发生的,使具有良好导电特性的石墨烯与激光碳化结构复合,使导电率提高到4倍。激光直写沉积银离子溶液的PI薄膜,激光还原出的银纳米颗粒密集附着在疏松多孔的碳骨架上,可以很显著地将导电率提高两个数量级。  PI薄膜具有耐高温特性,激光直写在PI薄膜上制备叉指电极,可用于加热型气敏传感器基底。利用激光诱导生长花簇状ZnO纳米材料,利用水浴法生长大面积有序ZnO纳米线阵列,研究了ZnO纳米线阵列对丙酮和乙醇气体的灵敏度。
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