Ny metode kan afsætte nanomaterialer på fleksible overflader og 3D-objekter

Trykningen er kommet langt siden Johannes Gutenbergs dage. Nu, forskere har udviklet en ny metode, der bruger plasma til at printe nanomaterialer på et 3-D objekt eller en fleksibel overflade, såsom papir eller klud. Teknikken kan gøre det nemmere og billigere at bygge enheder som bærbare kemiske og biologiske sensorer, fleksible hukommelsesenheder og batterier, og integrerede kredsløb.

En af de mest almindelige metoder til at deponere nanomaterialer - såsom et lag af nanopartikler eller nanorør - på en overflade er med en inkjet-printer, der ligner en almindelig printer, der findes på et kontor. Selvom de bruger veletableret teknologi og er relativt billige, inkjetprintere har begrænsninger. De kan ikke printe på tekstiler eller andre fleksible materialer, endsige 3D-objekter. De skal også udskrive flydende blæk, og ikke alle materialer laves let til en væske.

Nogle nanomaterialer kan udskrives ved hjælp af aerosoltrykteknikker. Men materialet skal opvarmes flere hundrede grader for at konsolidere til en tynd og glat film. Det ekstra trin er umuligt for udskrivning på stof eller andre materialer, der kan brænde, og betyder højere omkostninger for de materialer, der kan tage varmen.

Plasmametoden springer dette opvarmningstrin over og arbejder ved temperaturer, der ikke er meget varmere end 40 grader Celsius. "Du kan bruge det til at deponere ting på papir, plast, bomuld, eller enhver form for tekstil, " sagde Meyya Meyyappan fra NASA Ames Research Center. "Den er ideel til bløde underlag." Det kræver heller ikke, at trykmaterialet er flydende.

Forskerne, fra NASA Ames og Stanford Linear Accelerator Center, beskrive deres arbejde i tidsskriftet American Institute of Physics Anvendt fysik bogstaver .

De demonstrerede deres teknik ved at printe et lag kulstofnanorør på papir. De blandede nanorørene til et plasma af heliumioner, som de derefter blæste gennem en dyse og på papir. Plasmaet fokuserer nanopartiklerne på papiroverfladen, danner et konsolideret lag uden behov for yderligere opvarmning.

Holdet printede to simple kemiske og biologiske sensorer. Tilstedeværelsen af ​​visse molekyler kan ændre den elektriske modstand af kulstofnanorørene. Ved at måle denne ændring, enheden kan identificere og bestemme koncentrationen af ​​molekylet. Forskerne lavede en kemisk sensor, der detekterer ammoniakgas og en biologisk sensor, der detekterer dopamin, et molekyle forbundet med lidelser som Parkinsons sygdom og epilepsi.

Men det var bare simple principbeviser, sagde Meyyappan. "Der er en bred vifte af biosensing-applikationer." For eksempel, du kan lave sensorer, der overvåger sundhedsbiomarkører som kolesterol, eller fødevarebårne patogener som E. coli og Salmonella.

Fordi metoden bruger en simpel dyse, det er alsidigt og kan nemt skaleres op. For eksempel, et system kunne have mange dyser som et brusehoved, gør det muligt at udskrive på store områder. Eller, dysen kunne virke som en slange, fri til at sprøjte nanomaterialer på overfladerne af 3D-objekter.

"Det kan gøre ting, som inkjet-print ikke kan, " sagde Meyyappan. "Men alt, hvad inkjet-print kan gøre, det kan være ret konkurrencedygtigt."

Metoden er klar til kommercialisering, Meyyappan sagde, og bør være relativt billig og ligetil at udvikle. Lige nu, forskerne designer teknikken til at printe andre slags materialer såsom kobber. De kan derefter udskrive materialer, der bruges til batterier, på tynde metalplader såsom aluminium. Arket kan derefter rulles til små batterier til mobiltelefoner eller andre enheder.