[發明專利]一種基于光熱效應采用焊料的納米焊接方法

在審

• 申請號: 201610158068.1
• 申請日: 2016-03-18
• 公開（公告）號: CN105772938A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 李強;劉國平;仇旻
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B23K26/06
• 分類號: B23K26/06;B23K26/21;B23K26/40
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 葉志堅

技術領域

本發明屬于納米加工領域，具體是一種基于光熱效應采用焊料的納 米焊接方法。

背景技術

基于金屬納米線的焊接技術可將納米線連接到一起，形成納米線網 絡。這使得金屬納米線可以成為太陽能電池、透明電極、有機發光二極 管等光電子器件的基本組成元件。相比于傳統的氧化銦錫(ITO)材料 制成的導電屏幕，以金屬納米線作為導電材料制作的透明電極可以克服 ITO成本高、易破碎、加工難的諸多缺陷，有著巨大的市場潛力。金屬 納米線透明電極需要納米線形成網絡，并且需要將納米線之間聯通。這 就帶來了金屬納米線焊接的問題。納米焊接主要解決在納米尺度將不同 結構、不同材料如何連接在一起的問題。E.Garnett等人提出用鹵鎢燈 照射金屬納米線網絡，可以在金屬納米線相互交叉的位置產生納米焊 接，這種焊接極大地提升透明導體電極的性能(US2014/0090870A1)。 但是，類似于這種直接在待焊接的納米元件上進行操作加工的焊接方 法，由于待焊接的納米元件直接暴露于光或者熱處理，待焊接的納米元 件都會遭到破壞。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提出了一種基于光熱效應采 用焊料的納米焊接方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下：

一種基于光熱效應采用焊料的納米焊接方法，其主要部分在于納米 線受激發產生光熱效應形成球形納米結構,并將該球形納米結構作為焊 料包裹住待焊接的納米元件，從而在避免待焊接的納米元件結構破壞的 前提下實現焊接。

納米線受激發的光束由激光器輸出，具體的：激光器輸出單色連續 激光，再通過光束衰減器定量地調節入射功率，然后用機械或電子快門 控制激光通過時間。激光經四分之一波片后由線偏光轉換為圓偏光，再 經光學顯微鏡內的分束鏡反射后進入顯微物鏡，聚焦后照射在用作焊料 的納米線上，并通過安裝在顯微鏡透鏡組另一側的CCD圖像傳感器獲取 納米結構圖像。

所述單色連續激光工作波長為單個波長，范圍為400納米-1500納 米。照射在用作焊料的納米線的焊接有效激光功率范圍為10毫瓦-1000 毫瓦，由機械或電子快門控制激光通過的時間范圍為0.1秒-1秒，聚焦 后的光斑束腰半徑范圍為0.1微米-1微米。

所述的作為焊料的納米單元的熔點不高于待焊接的納米元件的熔 點。

所述的待焊接的納米元件為金屬材料，其形貌為線狀、顆粒狀、帶 狀或片狀。

所述的待焊接的納米元件放置于一個基底層(如玻璃層，硅層)之 上，基底層的熔點高于納米元件熔化時的熔點。

所述的作為焊料的納米單元可來源于外來納米元件，也可來源于待 焊接納米元件本身的多余部分。作為焊料的納米單元材料為金屬，其熔 點不高于待焊接納米元件材料的熔點。

本發明的原理在于納米焊料受光照后發生局域表面等離激元共振， 產生光熱效應。當溫度接近納米焊料熔點時，納米焊料發生表面熔化形 成納米球結構，本技術可控制納米球的位置，使得納米球能夠恰好包裹 住待焊接的納米元件，從而實現焊接的目的。由于待焊接的納米元件沒 有直接暴露于光處理，從而避免了其結構被破壞。

本發明有益效果如下：

復雜納米結構，如各種金屬耦合器；透明電極中大規模納米線網絡 的補充方法，任何一種大規模納米連接方法都不能保證所有的結構能夠 成功實現連接，本方法的初衷正是處理局域的連接；不同金屬、不同結 構之間的焊接，本方法的著重點在于犧牲掉焊料，以形成的納米球包裹 住待焊接的納米元件，因而不僅可應用在金屬納米線之間的焊接，也可 應用于其他不同金屬材料之間的焊接，這已經在實驗上被我們證明。且 本發明的最大優點在于能夠在不破壞待焊接的納米元件結構破壞的前 提下實現焊接。從而實現無損焊接。

附圖說明

圖1為本發明基于光熱效應采用焊料的納米焊接系統裝置示意圖；

圖2(a)、(b)、(c)、(d)為實施例焊料受到激光熔斷形成納米球結 構示意圖和掃描電子顯微鏡圖；

圖3(a)、(b)、(c)為實施例所述T型結構采用焊料的納米焊接示意 圖和掃描電子顯微鏡圖；

圖4(a)、(b)、(c)為實施例所述X型結構采用焊料的納米焊接示意 圖和掃描電子顯微鏡圖。