[发明专利]一种微米/纳米尺度导电材料的焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于小尺度材料焊接技术领域，具体涉及一种微米/纳米尺度导电材料的焊接方法。

背景技术

微米/纳米尺度材料的焊接，一直是微米/纳米尺度材料加工的一个热点，也是微米/纳米机械电子（MEMS/NEMS）器件自下而上(Bottom-up)组装过程中的重大难题。在微米/纳米机械电子（MEMS/NEMS）器件中，需要在材料间形成稳定的物理接触和电接触，而微米/纳米尺度材料的焊接技术可以满足以上条件。对于微米/纳米尺度材料的焊接需要满足速度快，精度高，接触牢固，材料损伤小，无污染，对材料要求低，成本低等要求。现有的应用于微米/纳米尺度材料焊接的技术都有自身的不足，难以达到以上所有要求，如离子束沉积，其沉积离子一般作为外来污染，并且对材料损伤较大，成本较高；冷焊接技术(Cold welding of ultrathin gold nanowires，Yang Lu，JianYu Huang等，NATURE NANOTECHNOLOGY，Nature Nanotechnology5，218-224(2010))，即利用分子扩散使材料实现焊接，但只对10nm以下的少数金属材料适用；自适应的等离子焊接（Self-limited plasmonic welding of silver nanowire junctions，Erik C.Garnett,Wenshan Cai等，Nature Materials11,241–249(2012))，采用卤素灯照射进行焊接，其焊接强度不高，并且只适用于少数材料；采用超声振动压焊（Ultrasonic nanowelding of carbon nanotubes to metal electrodes，Changxin Chen,Lijun Yan等，Nanotechnology17,2192–2197(2006)))，对于材料的损伤较大，且不能精确控制；采用探针加热进行焊接，由于探针的熔点限制，只适用于少数材料。

发明内容

本发明为了克服以上技术问题提供一种微米/纳米尺度导电材料的焊接方法，能够实现微米/纳米导电材料的焊接，克服其他焊接方法中对焊接材料污染，损伤大，接触不牢,成本高等缺点。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种微米/纳米尺度导电材料的焊接方法，包括以下操作：

1）在显微观察下，分别将具有放电尖端的待焊接的导电材料夹持后，将焊接部位的放电尖端与放电尖端间距100～1000nm对准；

2）将待焊接的导电材料分别连通直流电源的正负极，然后将放电尖端与放电尖端逐渐靠近；直流电源的正负极之间还设有限流电阻；

3）在逐渐靠近时放电尖端之间发生放电，放电产生的热量熔化放电尖端，熔化后的放电尖端接触并融合，限流电阻被导通，焊接部位放电消失，待冷却之后，焊接完成。

所述的放电尖端的曲率半径为50nm～10μm，直流电源的电压为1～60V。

所述的放电尖端的曲率半径、直流电源的电压的选择为：

15V/μm<UR<25V/μm(R<0.5μm)U=D×2V/μm+11(0.5μm<D<10μm)]]>

其中，U为直流电源的电压，R为放电尖端的曲率半径。