Kobber-nikkel nanotråde kunne passe perfekt til printbar elektronik

Mens Frihedsgudinden og gamle øre kan fortsætte med at blive grønne, trykte elektronik- og medieskærme lavet af kobber nanotråde vil altid beholde deres originale farve.

Duke University kemikere skabte et nyt sæt fleksible, elektrisk ledende nanotråde fra tynde tråde af kobberatomer blandet med nikkel. Kobber-nikkel nanotrådene, i form af en film, lede elektricitet selv under forhold, der nedbryder overførslen af ​​elektroner i almindelige sølv- og kobbernanotråde, viser en ny undersøgelse.

Fordi film lavet med kobber-nikkel nanotråde er stabile og er relativt billige at lave, de er en attraktiv mulighed at bruge i trykt elektronik, produkter som elektronisk papir, smart emballage og interaktivt tøj, sagde Benjamin Wiley, en adjunkt i kemi ved Duke. Hans team beskriver de nye nanotråde i en Nanobogstaver papir offentliggjort online 29. maj.

De nye kobber-nikkel nanotråde er det seneste nanomateriale Wileys laboratorium har udviklet som et muligt billigt alternativ til indiumtinoxid, eller ITO. Dette materiale er belagt på glas for at danne det gennemsigtige ledende lag i mobiltelefonens displayskærme, e-læsere og iPads.

Indium, til $600 - $800 per kilogram, er et dyrt sjældent jordarters grundstof. Det meste af det udvindes og eksporteres fra Kina, hvilket reducerer eksporten, hvilket får indiums pris til at stige. Indiumtinoxid aflejres som en damp i et relativt langsomt, dyr belægningsproces, øger dens omkostninger. Og filmen er skør, hvilket er en væsentlig årsag til, at signaturblokkene ved købmandsbutikkernes kasselinjer til sidst fejler, og hvorfor der endnu ikke er en fleksibel, rullelig iPad.

Sidste år, Wileys laboratorium skabte kobber nanotrådfilm, der kan aflejres fra en væske i en faste, billig belægningsproces. Disse ledende film er meget mere fleksible end den nuværende ITO-film. Kobber er også tusind gange mere rigeligt og hundrede gange billigere end indium. Et problem med kobber nanotråd film, imidlertid, er, at de har en orange farvetone, som ikke ville være ønskelig i en skærm. De kobberbaserede film oxiderer også gradvist, når de udsættes for luft, lider af den samme kemiske reaktion, som gør Frihedsgudinden eller en gammel penny grøn, sagde Wiley.

nikkel, imidlertid, bliver sjældent grønt. Inspireret af det amerikanske fem-cents stykke, Wiley spekulerede på, om han kunne forhindre oxidation af kobbernanotrådene ved at tilføje nikkel. Han og hans kandidatstuderende, Aaron Rathmell, udviklet en metode til at blande nikkel ind i kobbernanotrådene ved at opvarme dem i en nikkelsaltopløsning.

"I løbet af få minutter, nanotrådene bliver meget mere grå i farven, " sagde Wiley.

Rathmell og Wiley bagte derefter de nye nanotråde ved forskellige temperaturer for at teste, hvor længe de førte elektricitet og modstod oxidation. Testene viser, at kobber-nikkel nanotrådfilmene skulle sidde i luften ved stuetemperatur i 400 år, før de mistede 50 procent af deres elektriske ledningsevne. Sølv nanotråde ville miste halvdelen af ​​deres ledningsevne på 36 måneder under samme forhold. Almindelige kobber nanotråde ville kun holde 3 måneder.

Mens kobber-nikkel nanotrådene stables op mod sølv og kobber alene, de kommer ikke til at erstatte indium-tin-oxid i fladskærme på det nærmeste, Wiley sagde, forklarer det, for film med lignende gennemsigtighed, kobber-nikkel nanotrådsfilm kan endnu ikke lede samme mængde elektricitet som ITO. "I stedet, vi fokuserer i øjeblikket på applikationer, hvor ITO ikke kan gå, som trykt elektronik, " han sagde.

Den større stabilitet af kobber-nikkel nanotråde gør dem til et bedre alternativ til både kobber og sølv til applikationer, der kræver et stabilt niveau af elektrisk ledningsevne i mere end et par år, hvilket er vigtigt for visse trykte elektronikapplikationer, sagde Wiley.

Han forklarede, at trykt elektronik kombinerer ledende eller elektronisk aktive blæk med de trykprocesser, der laver magasiner, forbrugeremballage og tøjdesign. De lave omkostninger og høje hastigheder af disse printprocesser gør dem attraktive til produktion af solceller, LED'er, plastemballage og tøj.