郭传飞课题组在Nature Communications和Nano Letters发表新型制造技术成果

2017-02-03

       近日,我校材料科学与工程系副教授郭传飞作为通讯作者在著名学术刊物Nature Communications和Nano Letters发表合作论文,南方科技大学为署名单位。

       在微电子、太阳能电池、新型传感器、等离子基元、仿生材料、超材料等领域,表面微纳结构已经得到了广泛的应用。多级表面微纳米结构能在某些方面满足人们对材料性能越来越高的需求。但是复杂的多级次表面结构对微加工技术在成本、工艺、批量生产、精准设计和可控加工等方面提出了许多新的挑战,目前的常规微纳加工方法已经难以满足复杂结构的加工需要。基于应变的方法可以用于制造低成本、大面积制造微结构,已经被认为是一种非常有前景的新方法。

       郭传飞和国家纳米科学中心研究员刘前长期合作,致力于新概念加工方法的研发工作,提出了激光诱导模量调控的应变诱导的新思路,并取得了一系列的研究成果。以前期的研究成果为基础(Guo et alAdvanced Materials 2012, 24, 3010-3014),合作团队发展了一种“2D打印,3D成型”的新技术,可用来制备各种复杂的三维表面结构;并以此作为掩模,实现单掩模、多图形的制造。该法具有工艺简单、成本低、可精准设计和可控加工、易于大批量制造、与成熟的平面制造工艺相兼容等优点。研究成果发表在Nature Communications上(Nature Communications 2016, 7, 13743, http://www.nature.com/articles/ncomms13743)。


用2D打印,3D成型技术制作的凹凸结合透镜阵列

       银纳米线墨水是一种已经商业化的可用于制备柔性透明电极的材料。但是这种电极中纳米线之间的接触电阻很大,显著降低电极的导电性。科学家通过实现纳米线之间的焊接,能有效提高电极的导电性能,进而提高其综合性能。这些技术包括化学镀、激光表面等离子体焊接、热焊接、冷压焊接等。然而,这些技术都需要用到特定的设备或者试剂,往往会对银纳米线造成污染、或者不能用于可拉伸的高弹体衬底。郭传飞提出采用毛细力来实现银纳米线的冷焊接的办法。毛细力的大小随尺度下降显著增加,在纳米尺度毛细力极强,可产生GPa量级的压强,能在常温下有效实现银纳米线的冷焊接。实践中,可以用加湿器或者用过饱和水汽(例如,用嘴巴对着样品哈气)即可有效地实现毛细力冷焊接,无需任何专业设备或者化学试剂。这种方法也可以用于已被破坏的银纳米线薄膜的修复——即使在野外,经破坏的银纳米线薄膜经吹气即可实现导通,并恢复到接近破坏前的导电水平。这种思路不仅可以用于金属纳米线薄膜,还有望用于自组装、新型微纳米结构的制备。研究成果在线发表在美国化学会刊物Nano Letters上(Nano Letters 2017, DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b04613)。


毛细力引起的银纳米线冷焊接效果图


在野外,毛细力引起纳米线电极的修复效果

       该研究为郭传飞和美国休斯敦大学任志锋教授的合作成果,第一作者为休斯敦大学的博士生刘嫄,郭传飞课题组的博士后张建明、研究助理高恒和刘庆先、交流学者王燕也参与了该研究。郭传飞是文章思路的提出者,并参与了主要的实验和论文撰写。

论文链接:

http://www.nature.com/articles/ncomms13743

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.6b04613