Forskere overvinder tekniske forhindringer i søgen efter billige, holdbar elektronik og solceller

Elektroniske berøringspuder, der kun koster få dollars og solceller, der koster det samme som tagspåner, er et skridt tættere på virkeligheden i dag.

Forskere ved University of Minnesota's College of Science and Engineering og National Renewable Energy Laboratory i Golden, Colo., har overvundet tekniske forhindringer i jagten på billig, holdbar elektronik og solceller fremstillet med giftfri kemikalier. Forskningen blev offentliggjort i det seneste nummer af Naturkommunikation , et internationalt online forskningstidsskrift.

"Forestil dig en verden, hvor hvert barn i et udviklingsland kunne lære at læse og matematik fra en touchpad, der koster mindre end $ 10 eller hjemmeceller, der endelig koster mindre end fossile brændstoffer, "sagde Uwe Kortshagen, en professor i maskinteknik fra University of Minnesota og en af ​​medforfatterne af papiret.

Forskergruppen opdagede en ny teknologi til fremstilling af en specialiseret type blæk fra ikke-toksiske nanometer-store krystaller af silicium, ofte kaldet "elektronisk blæk". Dette "elektroniske blæk" kunne producere billige elektroniske enheder med teknikker, der i det væsentlige udskriver det på billige plastplader.

"Denne proces til fremstilling af elektronik er næsten som at screene et nummer på en softballtrøje, "sagde Lance Wheeler, en maskinteknik fra University of Minnesota Ph.D. studerende og hovedforfatter af forskningen.

Men det er ikke helt så let. Wheeler, Kortshagen og resten af ​​forskergruppen udviklede en metode til at løse fundamentale problemer med elektroniske siliciumblæk.

Først, der er et allestedsnærværende behov for organiske "sæbeagtige" molekyler, kaldet ligander, der er nødvendige for at producere blæk med en god holdbarhed, men disse molekyler forårsager skadelige rester i filmene efter trykning. Dette fører til film med elektriske egenskaber, der er for dårlige til elektroniske enheder. Sekund, nanopartikler implanteres ofte bevidst med urenheder, en proces kaldet "doping, "for at forbedre deres elektriske egenskaber.

I dette nye papir, forskere forklarer en ny metode til brug af en ioniseret gas, kaldes ikke -termisk plasma, ikke kun at producere silicium -nanokrystaller, men også at dække deres overflader med et lag chloratomer. Dette overfladelag af chlor fremkalder en interaktion med mange meget anvendte opløsningsmidler, der muliggør produktion af stabile siliciumfarver med fremragende holdbarhed uden behov for organiske ligandmolekyler. Ud over, forskerne opdagede, at disse opløsningsmidler fører til doping af film trykt fra deres siliciumblæk, hvilket gav dem en elektrisk ledningsevne 1, 000 gange større end ikke-dopede silicium-nanopartikelfilm. Forskerne har et foreløbigt patent på deres fund.

"Denne forskning betyder, at vi er et skridt tættere på at producere mere rent og mere stabilt elektronisk blæk med giftfri kemikalier, "Det større mål her er at finde en måde, hvorpå denne forskning kan gavne alle og gøre en reel forskel."