美国俄勒冈州立大学的研究人员发现，强脉冲光（IPL）能够快速熔断导电纳米粒子，从而致使纳米粒子薄膜或图层密度的增加，进而实现功能上的改进，如拥有更高的电导率。这一发现为发展更快速、更便宜的电子生产制造打开了一扇大门。

研究人员通过纳米银薄膜证实了IPL的这一特性。他们在IPL中观察到了一个温度转折点，并将该温度转折点同薄膜温度演变联系起来，通过观察，他们发现，当IPL超过一个临界脉冲值后，薄膜的密度变化曲线趋于平稳。他们开发了一个计算模型用于预测强脉冲作用下薄膜温度与密度的变化，并且计算出IPL的温度转折点。

左图为正常纳米材料，右图为烧结后纳米材料

实验结果

研究显示，温度转折点发生在纳米粒子从光中吸收更多能量能力开始降低的时候。研究人员进一步发现，相比于脉冲数量，脉冲光通量对薄膜密度有更大的影响。

实验中观测到的光吸收与致密化之间的相互作用解释了IPL的致密化程度在温度转折点之后保持平稳的原因。早先的研究发现，纳米粒子的致密化现象开始于一个临界的脉冲光通量，但在超过一定量的脉冲数量之后便开始停止显著地变化。俄勒冈州立大学的研究表明，当光通量不变时，会存在一个临界的脉冲数量，超过该脉冲数量之后致密化开始趋于平稳状态。

俄勒冈州立大学的Rajiv Malhotra教授表示：“在光的能量没有变化或者致密化过程还没有完成的时候，也会出现密度平稳的情况。这种现象发生的原因在于纳米粒子薄膜温度转折点。我们需要对光通量以及脉冲数量加以控制，以确保得到所需的薄膜密度。”

小数量的高光通量脉冲会快速的产生高密度。为了进一步控制密度，需要更大数量的低通量脉冲。

应用于柔性电子

Malhotra教授说：“在这项研究中，我们在最高温度约250摄氏度的情况系，在20秒左右的时间里进行烧结。我们在随后的研究中，可以在更低的，约120摄氏度的条件下，在2秒之内进行烧结。更低的温度对于柔性电子器件的制造是至关重要的。为了降低成本，我们想要将柔性电子器件印刷在类似于纸或者塑料这一类衬底上，这些材料在更高的温度下会燃烧或者融化。利用IPL，我们将有能力创造更快且价格更低廉的生产工艺，同时不牺牲产品质量。”

优点

与传统的烧结工艺或基于激光的烧结工艺相比，IPL烧结工艺则更为快速，大概只需要几秒钟的时间。

应用前景

Malhotra表示：“对于一些应用来说，我们希望得到尽可能大的材料密度，但是对于有些应用则不尽然，因此，控制材料密度变得尤为重要。IPL控制材料密度很大程度上取决于温度，因为，在制造过程中理解和控制温度的变化是关键，本研究的精髓之处就是对IPL进行更好的过程控制。”

该研究将有利于大面积、高速IPL实现其可拓展、高效率的制造工艺潜能。IPL可用于印刷电子，太阳能电池和光催化应用纳米气敏。实验人员Malhotra表示，该研究将很快转化为产品，并应用于射频识别标签、柔性电子产品、可穿戴式生物医学传感器、环境应用传感器等设备中。

文章链接：

S Bansal, R Malhotra. Nanoscale-shape-mediated coupling between temperature and densification in intense pulsed light sintering. Nanotechnology, 2016; 27 (49): 495602 DOI: 10.1088/0957-4484/27/49/495602

（本文来源：大国重器—聚焦世界军用电子元器件，微信号：ElectronicComponent；）

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