摘要：银纳米线（AgNWs）被认为是在柔性透明电极应用中极具前景的材料。然而，现有的材料加工方法难以实现均匀且可靠的AgNW结点。在本研究中，我们提出了一种结合激光冲击效应与激光加热效应的新方法，用于在薄膜中构建AgNW结点。我们通过光热焊接、激光冲击辅助的机械焊接

中科院分区 1区TOP 五年影响因子15.8

导读

银纳米线（AgNWs）被认为是在柔性透明电极应用中极具前景的材料。然而，现有的材料加工方法难以实现均匀且可靠的AgNW结点。在本研究中，我们提出了一种结合激光冲击效应与激光加热效应的新方法，用于在薄膜中构建AgNW结点。我们通过光热焊接、激光冲击辅助的机械焊接，以及激光冲击-光热-机械（LS-OTM）综合实验与数值模拟，探究了AgNW的焊接机理。结果表明，LS-OTM工艺的创新机制在于利用激光冲击调节纳米线结点之间的间隙，从而实现对加热激光局域表面等离激元热效应的精细控制；在冲击力作用下，中等温度下固态的原子扩散成为形成高质量结点的主要机制。我们制备了柔性透明导电膜，并研究了其透光率、电导率和热学性能。结果显示，通过LS-OTM焊接方法制备的柔性透明导电膜具有优异的透光性、电导性和热学性能，这验证了该加工策略的可行性和有效性。LS-OTM方法为利用AgNWs制造透明导电膜提供了一种可行方案，可应用于柔性加热膜、柔性显示器以及可穿戴医疗设备等新兴领域。

主要图表

图1.针对银纳米线的激光冲击光热机械耦合（LS-OTM）焊接方法综合示意图。(a)LS-OTM工艺的详细配置方案，展示银纳米线薄膜、铝箔与石墨吸收层的精准对位，以及利用脉冲激光产生冲击波并实现局域表面等离子体共振（LSPR）加热的原理。(b)同步脉冲激光系统，LSPR加热脉冲的热效率参数，以及脉冲压力在纳米线上的起始阶段和持续时间。(c)LS-OTM焊接过程中电场强度空间调控机制的示意图。

图2.银纳米线（AgNWs）不同焊接方法的对比示意图。(a)利用激光加热效应的光热（OT）焊接法；(b)利用激光冲击效应的激光冲击机械（LS-M）焊接法；(c)本研究提出的激光冲击光热机械（LS-OTM）耦合焊接法，该方法结合了激光冲击、光热和热效应。

图3。(a)1064 nm激光加热，532 nm激光撞击光路，示意图显示了通过该光路制备的样品的SEM形貌。(b)532 nm激光加热，1064 nm激光撞击光路，示意图显示了通过该光路制备的样品的SEM形貌。

图4.激光冲击驱动的光-热-机械（LS-OTM）耦合焊接工艺模型示意图。(a)用于模拟局域表面等离子体共振（LSPR）增强效应的有限元时域（FDTD）模型；(b)用于模拟焊接接头形成的分子动力学（MD）模型。

图5.激光冲击对局域表面等离子体共振（LSPR）的调制作用：(a)银纳米线（AgNWs）结区在间隙=2 nm、间隙=0 nm及重叠=−2 nm时的电场强度分布。(b)银纳米线结区在间隙=2 nm、间隙=0 nm及重叠=−2 nm时的热生成效率分布。(c)和(d)分别展示了间隙尺寸0-50 nm和重叠尺寸-50-0 nm时电场强度与零电场强度的比值变化曲线，插图为恒定加热激光功率条件下带/不带间隙调制的焊接银纳米线SEM形貌对比。(e)激光冲击机械焊接（LS-M）前后的原子力显微镜形貌及示意图位置轮廓曲线。

图6.不同焊接工艺制备样品的SEM形貌图像（含节点区域局部放大图）及分子动力学模拟形态演变图像（含三维立体图、横截面图和俯视图）：(a)光热焊接（OT），(b)激光冲击驱动机械焊接（LS-M），(c)激光冲击驱动光热机械耦合焊接（LS-OTM）。

图7.透射电子显微镜（TEM）下不同银纳米线焊接样品的晶体结构及选区电子衍射（SAED）图谱：(a)原始银纳米线，(b)光热（OT）焊接，(c)激光冲击辅助机械（LS-M）焊接，(d)激光冲击辅助光热-机械（LSOTM）耦合焊接。

图8.基于分子动力学模拟的节点演化过程原子应变图像、结构转变及位错分布示意图（不同焊接模式下节点区域演化后的对比）：(a)光热焊接（OT）、(b)激光冲击驱动机械焊接（LS-M）、(c)激光冲击驱动光热机械耦合焊接（LS-OTM）；(d)不同焊接模式下各类原子占比；(e)不同焊接模式下各类位错长度分布。

图9。(a)激光冲击驱动的光热机械耦合焊接样品（LS-OTM）与原始样品、光热机械焊接样品对比的银纳米线（AgNWs）结区微区EDS能谱。(b)O元素衍射峰局部放大图。(c)LS-OTM焊接样品结区高分辨透射电镜（HR-TEM）图像。(d) (e) (f)分别为TEM图像中标记区域的高分辨率透射电镜图像。(g)高分辨率透射电镜图像中标记区域的位错分布图。（h-l）通过分子动力学模拟的LS-OTM焊接过程中原子应变演变行为及结构转变分布，包含0.6ps、0.7ps、0.8ps、1.5ps和3ps时的数据。

图10.银纳米线（AgNWs）结的机械与光电性能：(a)垂直拉伸强度曲线，表征这些远距离金属结的结合强度；(b)平面内拉伸强度曲线，反映其抗拉性能；(c)弯曲疲劳性能曲线，显示动态弯曲后结体的机械完整性；(d)不同层数薄膜的透光率曲线。尽管增加层数会影响光学透明度，但所有薄膜均保持透明；(e)不同焊接模式制备的银纳米线导电薄膜的表面电阻，包含不同透光率（1个标准差）的银纳米线薄膜样品数据；(f)电阻与透光率的关系曲线，展示LS-OTM技术与最新研究文献的对比。

图11.银纳米线（AgNWs）薄膜通过激光冲击驱动光热机械耦合焊接技术的电热性能测试，包含红外热成像与温度-时间曲线分析。(a)导电玻璃加热过程中的红外热成像图。(b)柔性透明导电薄膜加热过程的红外热成像图。(c)样品在3V、5V和7V激励条件下升温-保持-冷却过程的温度-时间曲线，包含原始样品与激光冲击焊接样品数据。(d)样品在高温（≈100◦C）下多次升温-保持-降温加载循环的温度-时间曲线，包含原始样品与激光冲击焊接样品数据。

主要结论

我们提出了一种 LS-OTM 方法，它融合了激光冲击效应与 LSPR 激光加热效应。实验表明，AgNW 的焊接不仅能增加焊点数量，还能避免过热熔化，从而形成高质量的结点。这一创新方法为纳米尺度光热效应调控与精密纳米制造提供了新的思路和工具，有望推动新一代高性能、耐用光学纳米材料在多个领域的广泛应用。

(1) 激光冲击力效应对缝隙影响下的 LSPR 热效率具有调控作用。 在第一阶段，激光冲击力效应使纳米线之间的间隙缩小，间隙缩小直接提升了 LSPR 的热效率，从而避免了大间隙结点无法被加热的问题；在第二阶段，激光冲击力效应促进已加热结点的快速熔合，而结点熔合又直接导致 LSPR 热效率终止，从而避免了过热熔化。

(2) 中等温度下的固态原子扩散是结点形成的主要机制。 在受控温度下，冲击力效应帮助界面原子更容易克服势垒，实现界面区域固态原子的高效扩散。这种热效应协同机制继承了宏观块体材料热耦合连接中高效率与高焊接质量的优势，预计将在微米与纳米焊接领域发挥重要作用。

(3) LS-OTM 焊接技术实现了柔性透明导电膜的制备。 由于该技术显著提升了焊点的数量与质量，所制备薄膜的最高透光率达 92.8 %，方块电阻显著降低至 12.7 Ω/sq，疲劳强度明显提升，因此在作为自加热元件时能够实现加热均匀、效率高、稳定性强。

主要信息

Laser shock-enabled optical–thermal–mechanical coupled welding method for silver nanowires

热忱欢迎参加我们在2025年9月23-25日举办的第三届深圳eVTOL展和激光在低空经济中的应用大会（9月24日

来源：江苏激光联盟