Advance kunne bringe kommercielle applikationer til sølv nanotråde

Sølv nanotråde lover for applikationer som fleksible skærme og solceller, men deres modtagelighed for skader fra højenergisk UV-stråling og barske miljøforhold har begrænset deres kommercialisering.

Ny forskning tyder på, at indpakning af nanotrådene med et ultratyndt lag kulstof kaldet grafen beskytter strukturerne mod skader og kan repræsentere en nøgle til at realisere deres kommercielle potentiale.

"Vi viser, at selvom du kun har et materiale med et atomtykkelse, det kan beskytte mod en enorm mængde UV-strålingsskader, " sagde Gary Cheng, en lektor i industriteknik ved Purdue University.

Enheder lavet af sølv nanotråde og grafen kan finde anvendelse i solceller, fleksible skærme til computere og forbrugerelektronik, og fremtidige "optoelektroniske" kredsløb til sensorer og informationsbehandling. Materialet er fleksibelt og gennemsigtigt, dog elektrisk ledende, og er en potentiel erstatning for indiumtinoxid, eller ITO. Industrien søger alternativer til ITO på grund af ulemper:Det er relativt dyrt på grund af begrænset overflod af indium, og det er ufleksibelt og nedbrydes over tid, bliver sprøde og hæmmer ydeevnen, sagde Suprem Das, en tidligere Purdue-doktorand og nu postdoc-forsker ved Iowa State University og The Ames Laboratory.

Imidlertid, en væsentlig faktor, der begrænser kommercielle anvendelser af sølv nanotråde, er deres modtagelighed for barske miljøer og elektromagnetiske bølger.

"Strålingsskader er udbredt, " sagde Das, der ledede arbejdet med Purdue doktorand Qiong Nian (udtales Chung Nee-an). "Skaden opstår i medicinsk billedbehandling, i rumapplikationer og kun fra langvarig udsættelse for sollys, men vi ser nu, at hvis du pakker sølv nanotråde med grafen, kan du overvinde dette problem."

Resultaterne blev offentliggjort i oktober i journalen ACS Nano , udgivet af American Chemical Society. Papiret er forfattet af Das; Nian; kandidatstuderende Mojib Saei, Shengyu Jin og Doosan Back; tidligere postdoktorale forskningsassistent Prashant Kumar; David B. Janes, en professor i elektro- og computerteknik; Muhammad A. Alam, Jai N. Gupta professor i elektro- og computerteknik; og Cheng.

Raman-spektroskopi blev udført af Purdue Department of Physics and Astronomy. Resultaterne viste, at grafenbeklædningen beskyttede nanotrådene, selv mens de blev udsat for 2,5 megawatt energiintensitet pr. kvadratcentimeter fra en højenergilaser, som fordamper de uindpakkede ledninger. De uindpakkede ledninger blev beskadiget med en energiintensitet så lidt som 0,8 megawatt pr. kvadratcentimeter.

"Det ser ud til, at grafenbelægningen ekstraherer og spreder termisk energi væk fra nanotrådene, " sagde han. Grafen hjælper også med at forhindre fugtskader.

Forskningen er en fortsættelse af tidligere resultater offentliggjort i 2013 og detaljeret i dette papir.