近日，來(lái)自暨南大學(xué)的劉貴師、羅云瀚、陳雷研究團(tuán)隊(duì)在《Microsystems & Nanoengineering 》期刊上發(fā)表了一項(xiàng)突破性研究成果，成功開(kāi)發(fā)出一種基于吉布斯湯姆遜（GTE）效應(yīng)的銀納米線（AgNW）消影圖案化工藝。該技術(shù)通過(guò)使用碘鎓鹽-硝酸銀復(fù)合材料修飾AgNW網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)光學(xué)消影的同時(shí)改善了電導(dǎo)率，為傳感器件、高清顯示和防偽保密等應(yīng)用帶來(lái)了新的可能性。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41378-025-00945-z

傳統(tǒng)AgNW透明電極在圖案化過(guò)程中常出現(xiàn)霧度升高與“銀白邊緣”現(xiàn)象，破壞導(dǎo)電區(qū)與絕緣區(qū)的視覺(jué)一致性。雖然降低AgNW局域表面等離激元（LSPR）或優(yōu)化圖案結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)光學(xué)消影，但現(xiàn)有方法多依賴高溫或強(qiáng)激光處理，既容易損傷柔性基底，又難以精確控制；同時(shí)，能夠在消影的同時(shí)提升電導(dǎo)率的研究仍然有限。因此，亟需一種溫和且兼具導(dǎo)電性能提升的AgNW消影圖案化策略。

創(chuàng)新突破

1.基于GTE的低溫精細(xì)圖案化工藝
首創(chuàng)基于GTE效應(yīng)的低溫AgNW光學(xué)消影圖案化工藝。通過(guò)碘鎓鹽/硝酸銀復(fù)合墨水降低AgNW交叉點(diǎn)熔點(diǎn)，可在低至75°C條件下在交叉點(diǎn)處斷裂，并原味保留斷裂AgNW，最終在柔性基底上制備出10 μm分辨率、霧度差異<0.3%的“隱形”電極。該方法僅包含“旋涂-掩膜光照-低溫加熱”三個(gè)核心步驟，全流程不足15分鐘，且僅需75℃-130℃的加熱溫度，與低至10 mW/cm2的紫外光功率。相較于高溫或強(qiáng)激光方案，GTE圖案化更簡(jiǎn)潔、能耗更低，且易于擴(kuò)展至各類柔性基底。

2.光學(xué)消影與電導(dǎo)同步提升
在GTE圖案化過(guò)程中，紫外照射使DA分解的同時(shí)，激發(fā)了AgNW交叉點(diǎn)處等離子體焊接，顯著降低了接觸電阻；隨后的低溫加熱測(cè)促使絕緣區(qū)AgNW在交叉點(diǎn)斷裂，同時(shí)進(jìn)一步焊接導(dǎo)電區(qū)的AgNW。最終電極片阻達(dá)31 ohm sq?1，550 nm透過(guò)率>88%，在實(shí)現(xiàn)光學(xué)消影的同時(shí)有效提升導(dǎo)電性能。

圖1.基于GTE的AgNW圖案化流程

GTE圖案化電極的制備僅需“旋涂—掩膜紫外—低溫加熱”三步。研究團(tuán)隊(duì)首先將能將AgNW熔點(diǎn)降至約75°C的二苯基碘鎓硝酸鹽/硝酸銀復(fù)合墨水（簡(jiǎn)稱DA）與AgNW懸液混合后旋涂于柔性基底；隨后在10.7 mW cm-2的紫外光下掩膜曝光8 min，選擇性分解光照區(qū)域的DA顆粒，在膜內(nèi)形成熔點(diǎn)不同的導(dǎo)電區(qū)與絕緣區(qū)；最后低溫退火，未曝光區(qū)域的AgNW在交叉點(diǎn)處局部熔斷而形成絕緣帶，曝光區(qū)域的AgNW保持導(dǎo)電，得到圖案化電極。GTE工藝無(wú)需去除絕緣區(qū)域的AgNW，具有優(yōu)異的光學(xué)消影效果。

圖2. DA自組裝驅(qū)動(dòng)的AgNW碎裂與UV誘導(dǎo)焊接

復(fù)合墨水旋涂后，溶劑自發(fā)蒸發(fā)形成的環(huán)向毛細(xì)流促使DA顆粒聚集在AgNW交叉點(diǎn)；XRD與XPS證實(shí)AgNW表面生成了AgI、AgIO?等銀化合物，它們相對(duì)純銀更易熔，有助于局部熔焊。因此修飾后AgNW電極在GTE效應(yīng)下，易低溫熔斷。隨后的紫外照射一方面分解DA，另一方面激發(fā)AgNW的LSPR效應(yīng)，產(chǎn)生局部熱量并實(shí)現(xiàn)交叉點(diǎn)初步焊接。最后的低溫退火進(jìn)一步焊接，顯著降低接觸電阻，提升電導(dǎo)率。

圖3. GTE工藝制備的高分辨率DA-AgNW電極圖案

通過(guò)GTE圖案化工藝能夠在柔性基底上制備出不同圖案，這些圖案具有銳利的邊緣清晰的輪廓；最小線寬達(dá)到10 μm，且在大批量制作中具備良好的一致性。

圖4. DA-AgNW的光學(xué)消影性

傳統(tǒng)圖案化工藝通常完全去除絕緣區(qū)的AgNW網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致電極邊緣產(chǎn)生強(qiáng)散射。相比之下，GTE圖案化工藝保留了絕緣區(qū)的斷裂AgNW，使入射光均勻穿過(guò)基底。FDTD模擬表明，在保留斷裂AgNW結(jié)構(gòu)下，導(dǎo)電區(qū)與絕緣區(qū)兩側(cè)的電場(chǎng)分布幾乎一致。實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)：所研究電極的導(dǎo)電區(qū)與絕緣區(qū)在550 nm波長(zhǎng)的透射率差異<1.4%，霧度差異<0.3%。最終制得的電極在肉眼觀察下幾乎“隱形”，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的光學(xué)消影效果。

結(jié)論與展望

本研究提出了一種基于吉布斯–湯姆遜（GTE）效應(yīng)的AgNW圖案化方法，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)消影的透明電極制備。該方法工藝簡(jiǎn)便，僅需旋涂、紫外曝光和低溫加熱三步，具備高分辨率、低處理溫度和良好擴(kuò)展性。未來(lái)，通過(guò)優(yōu)化光源的尺寸和準(zhǔn)直性，有望實(shí)現(xiàn)更高精度圖案化與大面積柔性電子的規(guī)模化制造。

本文來(lái)自材料科學(xué)與工程公眾號(hào)，感謝論文作者團(tuán)隊(duì)支持。

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