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)( 二 )


许多沉积方法 , 特别是那些涉及液体程序或真空技术的方法 , 从几个角度来看都存在缺点 。 其中包括能源和工艺效率、真空要求、有时使用昂贵的设备和有限的可扩展性 , 以及通常的高环境成本 。 因此 , 至少对于给定材料的沉积而言 , 开发避免上述缺点的方法似乎是可取的 。 如果此类方法基于干燥工艺且不需要真空 , 则它们将提供一个额外的有吸引力的前景 , 因为它们将有助于避免使用水或其他更具环境腐蚀性的溶剂 , 并且非常适合在工业4.0型制造方法的实验室中开发 , 以及改进工业涂层和薄膜沉积工艺 。
在透明衬底上的这些潜在有用的干沉积方法之一是本文介绍的激光诱导反向转移(LIRT)技术 , 也称为激光烧蚀回写(LAB) 。 它最初是作为提升方法的一种变体引入的 。 LIRT过程的主要优点之一是 , 它不需要对供体材料进行任何特殊制备 , 从而为使用现成的批量样品靶提供了可能性 。 有几篇论文报道了使用该技术在玻璃基板上涂覆金属或氧化物层 , 例如In2O3层 。 在一些情况下观察到 , 在低通量值下 , 可获得小而均匀的沉积物 。 然而 , 在高通量值下 , 沉积材料呈现出坑状形貌 , 这显然是由于基板较冷边缘处的优先冷凝 。

金属沉积工艺制备的不同厚度泡沫镍样品的SEM图像:(a)镍层较薄;(b)较厚的镍层 。
金属沉积型多孔金属是通过在开孔聚合物泡沫上沉积原子金属 , 然后消除聚合物和烧结来创建的 。 这些金属的主要特征包括连接孔、高孔隙率和三维网状结构 。 多孔材料是一类非常重要的多孔金属材料 , 是一种性能优良的新型功能结构一体化材料 。 在一定条件下使用 , 其优点是密度低、孔隙率高、比表面积大、孔隙连通性好、结构均匀 , 这是其他类型的多孔金属难以达到的 。 但这一特性也对金属沉积型多孔金属的强度产生了一定的限制 。 这些材料首先在20世纪70年代被制造和利用 , 然后 , 在80年代 , 它们被迅速开发用于各种各样的应用和需求 。 目前 , 许多国家都在大规模生产这些多孔材料 , 镍和铜泡沫产品通常是通过电沉积工艺生产的 。 金属泡沫上图所示 。
这种技术已经被提出作为多种应用的一种强大的替代方案 。 例如 , 近年来 , 光波导或衍射光栅等光学器件的发展得到了证实 。 根据已发表的文献 , 这些薄膜的光学性质基本上是由于金属纳米粒子掺入玻璃基板的最外层 , 而该层由于这种沉积方法固有的金属烧蚀过程而诱发了埋型波导结构 。 LIRT也被提出作为一种方便的方法来修改玻璃的不同表面性能 。 这已被证明可以实现超亲水或超疏水特性 , 或改善表面生物相容性和增强体外细胞粘附 。 此外 , 使用轻放射处理来消除放射性表面的污染也已得到证实 。
这项工作的主要目标是开发一种用于玻璃表面的干燥且简单的金属电极沉积技术 。 第二个目标包括开发一个模型 , 以说明工艺参数对熔敷金属层最终微观结构和功能的影响 。 开发表面介质阻挡放电(DBD)演示所需的足够的电阻水平和不同的几何形状是先决条件 。 常见的DBD原理是在金属、良导体指状电极之间放置绝缘(电介质)材料 。 表面DBD促动器的应用最近已扩展到广泛开放的技术领域 , 如空气动力体上流量的主动控制、臭氧合成和空气中的一氧化氮转化、空气消毒到食品储存、聚合物表面改性或细菌和内孢子的灭活 。
2.实验部分
图1为用于执行沉积实验的设备的图 。 采用3 W标称功率、紫外线(λ=355nm)300 ps脉冲激光器 , 脉冲重复频率在250至800 kHz之间(model PowerLine pico UV ROFIN GmbH. Munich Germany) 。 用平场透镜(F=160mm)将1 mm厚的扁平银片(Goodfello , 99.95+%)放置在振镜扫描头的焦距处 , 产生2a=34μm和2b=29μm的椭圆光束(1/e2强度轮廓标准) 。