本發(fā)明屬于納米焊接技術領域，更具體地，涉及一種銀納米線的納米級焊接方法。

背景技術：

透明導電薄膜被廣泛應用于光電器件，例如發(fā)光二極管、觸控面板、太陽能電池等領域。在目前的工業(yè)生產上，銦錫氧化物(ITO)被廣泛應用于透明導電薄膜的制備中。

然而，銦錫氧化物的生產速率緩慢，并且生產過程中原料浪費非常嚴重，加上自然界中銦保有量的不可預知性，這些都使得銦錫氧化物的價格越來越昂貴。而且，銦錫氧化物本身易碎的特性也限制了它在柔性可伸縮電子器件上的應用。所以，人們在不斷的尋找銦錫氧化物的替代品。銀納米線制備的薄膜是銦錫氧化物的良好替代品，它不僅生產成本低，而且擁有非常好的透光性、導電性和柔韌性。

雖然銀納米線薄膜具有以上優(yōu)良的特性，但是，銀納米線薄膜線與線之間交叉點處的接觸非常的脆弱，這使得銀納米線薄膜的導電性、穩(wěn)定性、抗彎折能力等都受到很大限制，這個問題阻礙了銀納米線薄膜的廣泛應用。

目前，被用于增強銀納米線交叉點處點接觸的方法主要有以下幾種：(1)激光微束點焊接法，通過微小的激光束定位到納米線的交叉點處，實現(xiàn)交叉點的焊接，該方法的焊接效果比較好，但是成本很高，而且不利于大面積處理。(2)焦耳加熱法，通過在銀納米線導電薄膜兩端加載一個恒壓電源，引起薄膜內部納米線交叉點處的區(qū)域焦耳加熱從而實現(xiàn)焊接，該方法雖然成本低廉，但是焊接效果并不太好，線與線之間的點接觸仍然較弱。(3)高溫加熱法，在高溫環(huán)境下，銀納米線出現(xiàn)熔融和再結晶現(xiàn)象，從而實現(xiàn)納米線交叉點處的焊接，該方法雖然簡單高效，但是容易破壞銀納米線本身的結構，影響到薄膜的性能。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種銀納米線焊接方法，其目的在于，利用氦氣產生的等離子體對銀納米線薄膜進行納米級的焊接，該方法可有效地將彼此分離的銀納米線在交叉點處焊接在一起，且不會對銀納米線原本的線狀結構造成任何破壞，納米焊接過程簡單易行、省時高效，設備成本低廉，并且可實現(xiàn)大規(guī)模加工處理。利用該方法處理的銀納米線薄膜可被廣泛應用于柔性透明光電器件中。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種銀納米線焊接方法，其特征在于，其包括如下步驟：

(1)將氦氣作為工作氣體導入等離子體發(fā)生裝置中，接著對氦氣施加高壓脈沖電壓以使所述氦氣生成室溫常壓等離子體，然后將所述室溫常壓等離子體經由導管導出，從而獲得室溫常壓等離子體射流；

(2)將銀納米線薄膜置于所述室溫常壓等離子體射流下方，以使被等離子體射流輻射到的區(qū)域內的銀納米線交叉點處發(fā)生納米級焊接；

(3)在二維平面內移動所述銀納米線薄膜，以實現(xiàn)更大面積的銀納米線薄膜上交叉點的納米焊接。

進一步的，所述工作氣體的流量為50mL/min～300mL/min，優(yōu)選為100mL/min。

進一步的，所述導管為石英導管，該石英導管套接在保護罩內，所述保護罩內通入有保護氣體，以限制外界空氣對納米焊接過程的影響。

進一步的，所述保護氣體為惰性氣體或氮氣。

進一步的，所述保護氣體的流量為4L/min～6L/min。

進一步的，所述導管管口與銀納米線薄膜表面的距離為8mm～12mm。優(yōu)選的，所述導管管口與銀納米線薄膜表面的距離為10mm。

進一步的，所述銀納米線薄膜的移動速率為5mm/s～20mm/s。優(yōu)選的，銀納米線薄膜的移動速率為10mm/s。

總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，能夠取得下列有益效果：

1.本發(fā)明方法中，等離子體射流發(fā)生之后直接作用于銀納米線薄膜表面，在短時間內實現(xiàn)對薄膜中所有納米線交叉點的焊接。其操作過程簡單易行、省時高效。

2.本發(fā)明中所使用的等離子體射流是在室溫常壓條件下生成的，無需任何特殊環(huán)境，樣品處理直接在空氣環(huán)境下完成，這極大地降低了設備成本，使其設備成本低廉。

3.不論多大的銀納米線透明導電薄膜樣品，都可以通過面掃的方式實現(xiàn)大規(guī)模的表面納米焊接，因此，本發(fā)明方法易于實現(xiàn)大規(guī)模加工處理。

4.本發(fā)明方法可有效地將彼此分離的銀納米線在交叉點處焊接在一起，且不會對銀納米線原本的線狀結構造成任何破壞。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法中等離子體射流發(fā)生裝置示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例1中等離子體射流處理前后的銀納米線交叉點處的掃描電子顯微鏡圖片，圖2(a)為處理前，圖2(b)為處理后；

圖3是本發(fā)明實施例1中銀納米線薄膜電阻隨等離子體處理次數(shù)的變化關系圖；

圖4為是本發(fā)明實施例2中得到的銀納米線薄膜的良好抗彎折能力的數(shù)據(jù)曲線。

在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中：

1-第一進氣口 2-第二進氣口 3-高壓脈沖電源

4-不銹鋼電極 5-保護罩 6-石英導管

7-等離子體射流 8-銀納米線薄膜 9-基底

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明提供了一種銀納米線焊接方法，其包括如下步驟：

(1)將氦氣作為工作氣體導入等離子體發(fā)生裝置中，接著對氦氣施加高壓脈沖電壓以使所述氦氣生成室溫常壓等離子體，然后將所述室溫常壓等離子體經由導管導出，從而獲得室溫常壓等離子體射流。其中，工作氣體的流量為50mL/min～300mL/min，優(yōu)選為100mL/min。所述導管為石英導管，該石英導管套接在保護罩內，所述保護罩內通入有保護氣體，以最大程度的限制外界空氣對納米焊接過程的影響。所述保護氣體為惰性氣體或氮氣。所述保護氣體的流量為4L/min～6L/min。所述導管管口與銀納米線薄膜表面的距離為8mm～12mm。優(yōu)選的，所述導管管口與銀納米線薄膜表面的距離為10mm。導管管口與銀納米線薄膜表面的距離低于設定值，將有可能破壞銀納米線的原有結構。優(yōu)選的，本步驟中，工作氣體和保護氣體的純度都大于99％。

(2)將銀納米線薄膜置于所述室溫常壓等離子體射流下方，以使被等離子體射流輻射到的區(qū)域內的銀納米線交叉點處發(fā)生納米級焊接；

(3)在二維平面內移動所述銀納米線薄膜，以實現(xiàn)更大面積的銀納米線薄膜上交叉點的納米焊接。所述銀納米線薄膜的移動速率為5mm/s～20mm/s。優(yōu)選的，銀納米線薄膜的移動速率為10mm/s。

圖1是本發(fā)明方法中等離子體射流發(fā)生裝置示意圖，由圖可知，等離子體射流發(fā)生裝置包括高壓脈沖電源3、不銹鋼電極4、石英導管6、保護罩5。在本發(fā)明的一個實施例中，不銹鋼電極4置于內徑為1mm的石英導管6內，石英導管6套接在保護罩5內，保護罩的內徑為5mm。由第二進氣口2向保護罩5內通入保護氣體氮氣。在實施工程實踐中，先通入氮氣，將裝置中空氣排出后，將流量譬如為50mL/min的工作氣體氦氣由第一進氣口1導入。在電源輸入端3施加高壓脈沖電壓，從而產生等離子體射流7?；?上的銀納米線薄膜8置于距離石英導管6管口下方，以使等離子體射流7對薄膜進行輻照?；?置于電動二維臺上，以能在電動二維臺的移動時候而移動，進而實現(xiàn)對銀納米線薄膜的移動。

為了更詳細的闡述本發(fā)明方法，下面結合實施例說明如下：

實施例1

本發(fā)明實施例的銀納米線納米級焊接方法包括如下步驟：

(1)如圖1所示，由第二進氣口2向保護罩5內通入保護氣體氮氣，流量為5L/min，5min后，將流量為50mL/min的工作氣體氦氣由第一進氣口1導入。在電源輸入端3施加高壓脈沖電壓，參數(shù)為：峰值7kV，頻率6kHz，脈寬800ns，從而產生等離子體射流7。

(2)將基底9上的銀納米線薄膜8置于距離石英導管6管口下方10mm處，用等離子體射流7對銀納米線薄膜進行輻照。

(3)電動二維臺以5mm/s的速度進行移動，完成面掃后，實現(xiàn)了對銀納米線薄膜內所有納米線交叉點的納米焊接。

圖2是處理前和處理后的銀納米線薄膜中任取一處所拍攝的掃描電子顯微鏡(SEM)圖片，在等離子體處理前如圖2(a)所示，銀納米線在交叉點處各自的輪廓清晰可見，然而在等離子體處理后如圖2(b)所示，其交叉點處的形貌發(fā)生了改變，所有的接觸點都被焊接到了一起，并且除交叉點以外的位置仍然保留原有的線狀結構。

圖3是銀納米線薄膜電阻隨著等離子體處理次數(shù)的變化圖，顯而易見的，等離子體射流處理后銀納米線薄膜的電阻急劇下降，這反映了銀納米線薄膜內納米線之間的點接觸被加強了，也就是實現(xiàn)了納米焊接。

實施例2

本實施例的銀納米線納米級焊接方法中，除了步驟(1)中工作氣體氦氣的流量為300mL/min，步驟(3)中的電動二維臺移動速率為20mm/s以外，其他部分均與實施例1相同。

圖4展示的是該實施例2所得到的銀納米線薄膜在抗彎折能力上的數(shù)據(jù)曲線，由圖4可知，焊接后的銀納米線薄膜的抗彎折能力大幅提升，在進行彎折半徑為3mm的1200次重復彎折實驗后，未經處理的銀納米線薄膜電阻提升了3倍多，然而等離子體處理過的樣品電阻基本保持不變，這種導電薄膜機械性能的強化同樣是由于納米焊接的實現(xiàn)所帶來的。

實施例3

本發(fā)明實施例的銀納米線納米級焊接方法包括如下步驟：

(1)如圖1所示，由第二進氣口2向保護罩5內通入保護氣體氮氣，流量為4L/min，10min后，將流量為100mL/min的工作氣體氦氣由第一進氣口1導入。在電源輸入端3施加高壓脈沖電壓，參數(shù)為：峰值7kV，頻率6kHz，脈寬800ns，從而產生等離子體射流7。

(2)將基底9上的銀納米線薄膜8置于距離石英導管6管口下方12mm處，用等離子體射流7對銀納米線薄膜進行輻照。

(3)電動二維臺以15mm/s的速度進行移動，完成面掃后，實現(xiàn)了對銀納米線薄膜內所有納米線交叉點的納米焊接。

實施例4

本發(fā)明實施例的銀納米線納米級焊接方法包括如下步驟：

(1)如圖1所示，由第二進氣口2向保護罩5內通入保護氣體氮氣，流量為6L/min，4min后，將流量為210mL/min的工作氣體氦氣由第一進氣口1導入。在電源輸入端3施加高壓脈沖電壓，參數(shù)為：峰值7kV，頻率6kHz，脈寬800ns，從而產生等離子體射流7。

(2)將基底9上的銀納米線薄膜8置于距離石英導管6管口下方8mm處，用等離子體射流7對銀納米線薄膜進行輻照。

(3)電動二維臺以10mm/s的速度進行移動，完成面掃后，實現(xiàn)了對銀納米線薄膜內所有納米線交叉點的納米焊接。

本發(fā)明方法中，等離子體射流發(fā)生之后直接作用于銀納米線薄膜表面，在短時間內實現(xiàn)對薄膜中所有納米線交叉點的焊接，所使用的等離子體射流是在室溫常壓條件下生成的，無需任何特殊環(huán)境，樣品處理直接在空氣環(huán)境下完成，這極大地降低了設備成本，其設備成本低廉。并且，不論多大的銀納米線透明導電薄膜樣品，都可以通過面掃的方式實現(xiàn)大規(guī)模的表面納米焊接，因此，本發(fā)明方法易于實現(xiàn)大規(guī)模加工處理，其操作過程簡單易行、省時高效，且不會對銀納米線原本的線狀結構造成任何破壞。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。