Εξερεύνηση ατομικής ροής νανοαρθρώσεων σε δίκτυα διασύνδεσης νανοσυρμάτων Ag για ευέλικτα ηλεκτρονικά

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Xi’an Jiaotong αποκάλυψαν τη συμπεριφορά ατομικής ροής των νανο-αρθρώσεων στο δίκτυο διασύνδεσης AgNWs. Για την περαιτέρω βελτίωση της ποιότητας της άρθρωσης, η διαδικασία θερμικής συγκόλλησης και η συμπεριφορά ατομικής εξέλιξης των νανοσυρμάτων Ag μελετήθηκαν μέσω ενός συνδυασμού πειραματικών προσομοιώσεων in situ και μοριακής δυναμικής.

Η ομάδα ανέλυσε συστηματικά τη συμπεριφορά της ατομικής ροής κατά το σχηματισμό διαφορετικών τύπων αρμών νανοσύρματος Ag. Η επιρροή του χρόνου επεξεργασίας, της θερμοκρασίας και της κατανομής τάσεων λόγω της χωρικής διάταξης στις νανοσυνδέσεις διερευνήθηκε συστηματικά. Επιπλέον, διερευνώνται επίσης οι μηχανισμοί αστοχίας και η συμπεριφορά τους στην ατομική διεπαφή των νανοαρθρώσεων. Αυτά τα αποτελέσματα μπορεί να προωθήσουν τη βιομηχανική εφαρμογή δικτύων διασύνδεσης νανοσύρματος Ag σε εύκαμπτα ηλεκτρονικά και διαφανή αγώγιμα φιλμ.

Καθώς το μέγεθος των νανο-αρμών μετακινείται στη νανοκλίμακα, η θερμική ευαισθησία τους αυξάνεται σημαντικά και η μελέτη της εξάρτησης από τη θερμοκρασία των αρμών και των μηχανισμών βλάβης των θερμικών ελαττωμάτων κατά τη διαδικασία συγκόλλησης γίνεται πιο σημαντική. Για τα νανοσύρματα Ag, υπάρχει ένα πιο έντονο τριχοειδές φαινόμενο στα νανο-διάκενα κατά τη συγκόλληση και η μορφολογία συγκόλλησης τους υπόκειται σε τοπική πίεση εκτός από τη θερμοκρασία.

Για τη θερμικά επαγόμενη μέθοδο συγκόλλησης, η τελική ποιότητα της άρθρωσης είναι ευαίσθητη στην αρχική απόσταση και την κατεύθυνση ευθυγράμμισης μεταξύ των νανοσυρμάτων. Τρεις τύποι νανο-αρμών μπορούν να ληφθούν στη διαδικασία συγκόλλησης: αρμοί κεφαλής με κεφαλή, κεφαλής με πλάγια (σχήμα Τ) και πλευρικές (σε σχήμα Χ). Για τις δύο πρώτες μορφές αρμού, η μορφολογία της συγκόλλησης επηρεάζεται κυρίως από το οριζόντιο βήμα εκτός από τη θερμοκρασία. Για τους νανο-αρμούς σχήματος Χ, εκτός από τη θερμοκρασία, το σχήμα της άρθρωσης επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τοπικές τάσεις λόγω της χωρικής δομής του επάνω και του κάτω μέρους.

Ένας από τους κύριους ερευνητές, ο καθηγητής Jianlei Cui, σχολίασε: «Οι ιδιότητες της άρθρωσης στο διασυνδεδεμένο δίκτυο των AgNWs δεν επηρεάζονται μόνο από τη θερμοκρασία, αλλά και από την τοπική πίεση και την αλληλεπίδρασή της με το υπόστρωμα, ταυτόχρονα τριχοειδείς αλληλεπιδράσεις δείχνουν μια μη αμελητέα επίδραση στη ροή της διεπιφάνειας σε νανοκλίμακα. Επιπλέον, μέσα στο σωστό εύρος θερμοκρασίας, η ατομική ροή της άρθρωσης γίνεται όλο και πιο κατάλληλη για να αυξάνεται ο χρόνος επεξεργασίας και η ποιότητα της άρθρωσης γίνεται όλο και καλύτερη.”

Το επιτόπιο σύστημα θέρμανσης του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου μας επιτρέπει να παρατηρήσουμε και να μελετήσουμε άμεσα την εξέλιξη των ατομικών μορφολογικών χαρακτηριστικών κατά τη συγκόλληση νανοσυρμάτων Ag. Ο συγγραφέας Xiaoying Ren εξήγησε: «Στην εργασία μας, παρατηρήσαμε άμεσα τη διέγερση και την απορρόφηση ενός μεγάλου αριθμού νανοσωματιδίων Ag στην επιφάνεια των AgNWs κατά τη διάρκεια της θερμικής διέγερσης και ο μηχανισμός σχηματισμού νανοσωματιδίων μπορεί να οφείλεται στην επαγόμενη από τριχοειδή επιφανειακή διάχυση και διείσδυση.”

Η διέγερση και η επαναρρόφηση αυτών των νανοσωματιδίων συνοδεύεται από μια σταδιακή πλήρωση των νανοκενών με άτομα Ag, σχηματίζοντας πλήρως συγκολλημένες νανο-αρμούς με την αύξηση του χρόνου.

Για να διερευνήσουν περαιτέρω την επίδραση της τοπικής πίεσης στις νανο-συνδέσεις σχήματος Χ, οι συγγραφείς διαπίστωσαν ότι τα AgNW δημιουργούν ορισμένες συγκεντρώσεις τάσης στα καμπύλα μέρη και αυτά τα μέρη συνήθως δείχνουν τοπική βλάβη ή θραύση υπό θερμική διέγερση στην ακόλουθη διαδικασία.

Κατά τον σχηματισμό μιας άρθρωσης Χ, τα ανώτερα νανοσύρματα θα ρέουν βίαια υπό την επίδραση της τοπικής πίεσης και της θερμοκρασίας και τα άτομά τους θα ρέουν πάνω από την επιφάνεια των κάτω νανοσυρμάτων, σχηματίζοντας τελικά μια ενθυλακωμένη νανο-άρθρωση, οδηγώντας στο σχηματισμό. μεγάλου αριθμού ελαττωμάτων και στις δύο πλευρές του άνω συνδέσμου νανοσύρματος και αυτές οι νανο-συνδέσεις σχήματος Χ είναι οι πρώτες που σπάνε και στις δύο πλευρές των άνω νανοσυρμάτων κατά τη διάρκεια της επακόλουθης διαδικασίας θερμικής διέγερσης.

Για να μελετήσει περαιτέρω την εξέλιξη της ατομικής συμπεριφοράς των νανοσυρμάτων Ag υπό θερμική διέγερση και τον μηχανισμό της θερμικής βλάβης, ο συγγραφέας Chenchen Huang είπε: «Αναλύσαμε συστηματικά την αποσταθεροποίηση Rayleigh των νανοσυρμάτων Ag υπό θερμική διέγερση χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής και τα αποτελέσματα δείχνουν ότι Τα νανοσύρματα Ag σχηματίζουν ομοιόμορφα κατανεμημένα νανοσωματίδια λόγω της αποσταθεροποίησης του Rayleigh σε υψηλές θερμοκρασίες».

Ο καθηγητής Xuesong Mei είπε, “Πώς να βελτιωθεί αποτελεσματικά η ποιότητα συγκόλλησης των αρμών AgNW και να διασφαλιστεί η σταθερότητα εφαρμογής των αρμών ήταν πάντα το επίκεντρο της έρευνας. Οι αρμοί στη διαδικασία υποβολής αιτήσεων θα προσελκύουν επίσης όλο και περισσότερη προσοχή στο μέλλον».

Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο International Journal of Extreme Manufacturing.