Pen tegner fleksible kredsløb ved hjælp af en halv meter lange carbon nanorørfibre

(Phys.org) – Selvom det kan se ud som om forskere fra Tsinghua University i Beijing skitserer en idé til et kredsløb på et stykke papir, de bruger faktisk en speciel pen, der tegner rigtige kredsløb ved hjælp af kulstof-nanorør-baseret blæk.

Denne teknik, kaldet "fibertegning, "er tidligere blevet brugt til at konstruere mønstre, men fiberlængden er normalt meget kort på blot et par millimeter, og tegnehastigheden er typisk meget langsom. Disse ulemper begrænser dets anvendelse i kredsløbsfremstilling.

I den nye undersøgelse, forskerne demonstrerede, at deres nye pen kan tegne kulstof nanorørfibre, der er mere end en halv meter lange med hurtige tegnehastigheder på op til 10 cm/sekund. Deres arbejde er offentliggjort i et nyligt nummer af Nano bogstaver .

På grund af nanorørfibrenes høje ledningsevne og fremragende mekaniske fleksibilitet, forskerne forudsiger, at fibrene kan tjene som de grundlæggende byggesten til en lang række fleksible elektroniske enheder, såsom bærbar elektronik, fleksible berøringsskærme, fleksible solceller, RFID'er, og 3D-enheder.

Mens selve pennen er en almindelig kommerciel pen, blækket består af en kombination af elektrisk ledende carbon nanorørfibre og en viskøs polymeropløsning kaldet polyethylenoxid (PEO). Den viskøse PEO er meget elastisk og mekanisk stærk, som gør det muligt at trække lange nanorørfibre fra opløsningen under skriveprocessen.

"Tegningsteknikken giver os mulighed for at opnå meget lange carbon nanorørfibre hovedsageligt på grund af polymerens høje molekylvægt og høje viskositet af precursoropløsningen som blæk, "medforfatter Hui Wu, lektor ved Tsinghua University, fortalte Phys.org .

Når man skriver, pennen løftes af papiret for at strække og suspendere fibrene, som derefter kan lægges ned på underlaget i den ønskede position. Forskerne viste, at komplekse fibermønstre kan tegnes i hånden, og de forudsiger, at der kan opnås endnu større præcision ved hjælp af avancerede mekaniske enheder.

Forskerne viste også, at øget polymerkoncentration af blækket øger diameteren af ​​nanorørfibrene fra 300 nm til 3 µm. Generelt, tyndere fibre har bedre ledningsevne end tykkere på grund af deres bedre fiberorientering.

Test viser, at de stærkt ledende carbon nanorørfibre også udviser fremragende mekanisk fleksibilitet. I første omgang, forskerne forventede, at de ultralange carbon nanorørfibre skulle bevare deres ledningsevne efter bøjning og forvrængning. Lidt overraskende, deres test viste, at fibrene faktisk udviser en stigning i ledningsevnen efter bøjning - omkring en stigning på 30 % efter 1000 bøjningscyklusser. Forskerne foreslår, at spændingen forårsaget af bøjning deformerer polymererne og forbedrer justering af nanorør, hvilket igen øger ledningsevnen.

I fremtiden, forskerne håber at udvide tegneteknikken til at bruge forskellige typer blæk til forskellige formål.

"Vi arbejder nu på at aktivere flere funktioner i fiberen, " sagde Wu. "F.eks. en mulighed er halvledende fibre trukket fra en penspids til fleksible enhedsapplikationer."

© 2015 Phys.org