Supersonisk spray giver nyt nanomateriale til bøjeligt, bærbar elektronik

En ny, ultratynd film, der er både gennemsigtig og stærkt ledende over for elektrisk strøm, er blevet fremstillet ved en billig og enkel metode udviklet af et internationalt hold af nanomaterialeforskere fra University of Illinois i Chicago og Korea University.

Filmen er også bøjelig og strækbar, tilbyder potentielle applikationer i roll-up berøringsskærme, bærbar elektronik, fleksible solceller og elektronisk hud. Resultaterne rapporteres i Avancerede funktionelle materialer .

Den nye film er lavet af smeltede sølv nanotråde, og fremstilles ved at sprøjte nanotrådspartiklerne gennem en lille stråledyse ved supersonisk hastighed. Resultatet er en film med næsten den elektriske ledningsevne af sølvplade - og gennemsigtigheden af ​​glas, siger seniorforfatter Alexander Yarin, UIC Distinguished Professor of Mechanical Engineering.

"Sølv nanotråden er en partikel, men meget lang og tynd, " sagde Yarin. Nanotrådene måler omkring 20 mikron lange, så fire lagt ende mod ende ville spænde over bredden af ​​et menneskehår. Men deres diameter er tusind gange mindre - og betydeligt mindre end bølgelængden af ​​synligt lys, som minimerer lysspredning.

Forskerne suspenderede nanotrådpartiklerne i vand og drev dem med luft gennem en de Laval-dyse, som har samme geometri som en jetmotor, men er kun et par millimeter i diameter.

"Væsken skal forstøves, så den fordamper under flugten, " sagde Yarin. Når nanotrådene rammer overfladen, bliver de påført dem med supersonisk hastighed, de smelter sammen, da deres kinetiske energi omdannes til varme.

"Den ideelle hastighed er 400 meter i sekundet, " sagde Yarin. "Hvis energien er for høj, sige 600 meter i sekundet, den skærer ledningerne over. Hvis for lavt, som ved 200 meter i sekundet, der er ikke nok varme til at smelte ledningerne sammen."

Forskerne anvendte nanotrådene på fleksible plastikfilm og på tredimensionelle objekter. "Overfladeformen er ligegyldig, " sagde Yarin.

Den gennemsigtige fleksible film kan bøjes gentagne gange og strækkes til syv gange sin oprindelige længde og stadig fungere, sagde Sam Yoon, den tilsvarende forfatter til undersøgelsen og en professor i maskinteknik ved Korea University.

Tidligere i år, Yarin og Yoon og deres kolleger producerede en gennemsigtig ledende film ved at galvanisere en måtte af sammenfiltret nanofiber med kobber. Sammenlignet med den film, den selvsmeltede sølv nanotrådsfilm giver bedre skalerbarhed og produktionshastighed, sagde Yoon.

"Det burde være nemmere og billigere at fremstille, da det er en et-trin versus en to-trins proces, " sagde Yarin. "Du kan gøre det rulle-til-rulle på en industriel linje, løbende."