广州市|玻璃表面激光诱导扫描转移沉积银电极:绿色可扩展技术(1)( 三 )


在本研究过程中 , 探索了广泛的激光加工参数 。 报告的结果对应于提供最佳功能的条件和/或提出说明成膜机理的合理模型所需的条件 。 为了确定在银靶上形成的激光脉冲图案与在其上方的玻璃基板上观察到的最终沉积之间的关系 , 进行了初始实验 , 其中在不同条件下在玻片基板上以爆发模式沉积单点 , 改变照射点的数量和脉冲重复率 。 还使用光束扫描操作模式沉积了单线 。 为了研究激光脉冲重叠如何影响在玻璃基板上获得的最终沉积 , 在相同配置下获得的较大区域上进行了进一步的微观结构研究 , 但使用了激光线扫描算法 。 脉冲对脉冲的重叠可能发生在激光扫描线内 , 并且在正交方向上 , 发生在不同激光线之间 。

微波等离子体源 。 (a)显示等离子体源相对于样品的处置情况 。 (b)等离子体炬
微波等离子体源由2.45 GHz微波电源、火炬和气体支撑系统组成(上图) 。 火炬为垂直定向同心管器件 。 所述火炬设计使流过火炬管并进入等离子体的等离子体气体中产生图案 。 微波功率通过同轴电缆耦合到等离子体炬 。 在低功率(60-150 W)和低气体流量(4-8 l min?1)条件下 , 该火炬产生高度稳定的等离子体射流 。 在这种条件下 , 等离子体流的直径不小于30 mm 。 惰性气体的消耗由一个监控流入的系统控制 。 氩气流的速度决定了等离子体炬的长度 , 在实验中等离子体炬的长度约为35-45毫米 。 测量等离子体参数如温度、浮动的潜力和密度的等离子体组件实验选择使用微生物生物实验特色政权和哺乳动物组织(放电的力量- 120 W氩气流速- 5 l分钟?1孔气体-氩纯度为99.998%) 。 等离子体火炬被固定在一个光学工作台上 , 其在空间上的精确位置是通过使用微米螺钉来确定的 。
使用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM , 卡尔蔡司-梅林)中的二次电子和透镜内二次电子探测器对所得镀层的微观结构进行了研究 。 使用电子加速电压为5 kV的能量色散X射线光谱(EDS , INCA350牛津仪器)进行化学表面表征 。
使用透射电子显微镜分析所选样品的横截面 。 在双束FEI Helios650装置中 , 使用聚焦离子束(FIB)进行试样横截面制备 , 初始步骤使用30 kV Ga+离子 , 最终稀释使用5 kV 。 使用配有球面像差校正器的FEI Titan 60–300 kV立方体显微镜获得高分辨率茎图像 。 电子衍射在FEI Tecnai F30显微镜下进行 。
此外 , X射线光电子能谱(XPS)用于表征沉积物的表面化学状态 。 将所选样品引入SPECSPHOIBOS-100光谱仪的分析室 , 并用Al Kα线记录光谱 。 光谱的结合能(BE)标度是指在284.5 eV处 , 因不定碳污染样品表面而产生的C1 s峰值 。
通过使用四点探针装置测量直流电阻来确定所获得涂层的电传输特性 。 这些是在具有20×4 mm2矩形沉积物的样品上测量的 , 该沉积物由LIRT制备 , 激光扫描方向沿矩形样品的最长侧施加 , 同时该样品在其垂直方向上以恒定速率移动(与其最短侧一致) 。 平行于后一个方向 , 放置四个端子 , 其中两个电流(I)注入端子布置在10 mm处 , 两个中心电压(V)端子布置在3 mm的距离处 。
使用透明胶带试验评估涂层粘附强度 。 将一块透明胶带沿平行于矩形最长边的方向放置在矩形银涂层的顶部 。 胶带经过平滑处理 , 以确保与涂层良好接触 , 并通过一个快速移动的拉动步骤将其移除 。 该过程重复多达六次 , 并在每次附着力试验后测量电阻 。
为了制作表面介质阻挡放电等离子体演示器 , 在1mm厚的玻璃基板之间放置了两种不同类型的电极 。 下电极采用Hi-BondHB 720A导电铜带(Hi-Bond , 韩国)制作 , 而上电极采用本文报道的激光诱导扫描转移法印刷 。 在两个电极之间施加高压交流电 。 为此 , 使用连接到线性放大器AG-1012(T&C功率转换 , 美国)的GF-855函数发生器(西班牙Promax)生成16 kHz交流信号 。 匹配网络和两个变压器(西班牙HR Diemen S.A.)也连接到放大器输出 , 以将输出电压提高到约20 kV峰间 。 表面介质阻挡放电等离子体演示器中的入射功率保持恒定在12W 。
3.1银涂层的生成
为了了解在LIRT过程中银是如何沉积在玻璃基板表面的 , 最初进行了一些实验以获得单点或单线沉积 。 通过组合平均激光功率P和脉冲重复频率fp , 可以获得脉冲能量Epulse的定义值 , 最大值为5.30μJ 。 由于在所有这些实验中脉冲宽度(300 ps)是恒定的 , Epulse与辐照度成正比 。 考虑到激光束轮廓是高斯的 , 重要的是要考虑平均辐照度值 , 该平均辐照度值考虑了用1 /E2判据定义的光束光斑大小和高斯最大值的峰值 , 这是两倍高 。 在我们的例子中 , 这些量级分别接近2.30 GW/cm2和4.60 GW/cm2的值 。