上海交通大学JPCL | 光热化学协同调控下的激光诱导银纳米线液相生长

英文原题：Solution-Based Laser-Induced Silver Nanowire Growth on Substrates through Photothermal and Chemical Comodulation

通讯作者：刘思羽（上海交通大学）

作者：Wenhui Li (李文惠), Yongsen He (何永森), Shuang Yang (杨爽), Wenyuan Yu (余文缘)

银纳米线（Ag NWs）因其高载流子浓度而具有优异的电导率和热导率，被广泛应用于柔性传感器、触控屏、发光二极管及电子皮肤等光电子器件中。基于液相的激光诱导合成（laser-induced synthesis，LIS）是一种前景广阔的制造技术，适用于纳米材料的局域可控制备。然而，由于LIS过程中涉及复杂的光热效应与化学反应机制，通过该方法实现Ag NWs可控生长仍面临挑战。

近日，上海交通大学刘思羽团队在美国化学会期刊The Journal of Physical Chemistry Letters 上发表了相关研究，报道了通过基于液相的LIS方法，采用纳秒脉冲1064 nm激光，实现Ag NWs在多种衬底（包括柔性衬底）上直接生长。

图1. LIS反应过程和Ag NWs表征。 (a) 合成流程示意图；(b-d) Ag NWs的TEM、HRTEM图与SAED花样；(e) 直写银电极线；(f) SEM图；(g) 单根Ag NW电阻测试。标尺：(b) 500 nm；(c) 5 nm；(d) 10 nm^-1；(f) 300 nm；(g) 1 μm。

研究展示了激光功率密度与前驱体浓度协同调控对银晶体形貌的影响，表明通过激光参数与化学条件的共同调控，可得到有利于各向异性纳米线生长的最优窗口。

图2. 激光功率密度与前驱体浓度的协同调控对银晶体形貌的控制。(a) 基于长径比划分出三种形貌区域；(b–e) 纳米颗粒、NWs、小尺寸和大尺寸纳米棒的SEM图，标尺： 500 nm。；(f) 晶体生长随AgNO₃浓度增加的统计分析；(g) 晶体生长随激光功率密度增加的统计分析。

研究进一步揭示了LIS过程多物理场协同对银纳米晶体生长的调控作用，特别是温度及前驱体在衬底不同空间区域的供给差异对晶体形貌与生长速率的影响。

图3. 不同激光条件下流体流动与温度分布模拟，以及对应的银纳米晶体的SEM图和生长速率分析。(a–e)：15 kHz，10345 W cm^-2；(a′–e′)：2000 kHz，10345 W cm^-2；(a″–e″)：2000 kHz，13528 W cm^-2。比例尺：2 μm。

传热与传质分析表明，脉冲激光的重复频率与能量密度在调控温度分布和流体对流方面起着关键作用。在合适的功率密度和化学条件下，较高的激光能量密度可产生更高的瞬时峰值温度，有利于形成尺寸更小、密度更高的纳米颗粒；而较高的重复频率增强溶液中物质传输，促进银纳米晶体的各向异性生长。

结语

本研究揭示了液相LIS过程中温度与流体对流在共同调控形核速率及晶体生长中的机制。通过光热与化学的协同调控，可实现对银纳米晶体的调控，为制备具有理想密度与结构的Ag NWs提供了理论支撑和工艺基础，突显了其在柔性及新一代电子器件中的应用潜力。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Solution-Based Laser-Induced Silver Nanowire Growth on Substrates through Photothermal and Chemical Comodulation

Wenhui Li, Yongsen He, Shuang Yang, Wenyuan Yu, Siyu Liu*

J. Phys. Chem. Lett. 2025, 16, 24, 6098–6105

https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.5c01309 

Published June 9, 2025

Copyright © 2025 American Chemical Society

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（本稿件来自ACS Publications）