Nanowire blæk muliggør papirbaseret printbar elektronik

Ved at suspendere små metal nanopartikler i væsker, Forskere fra Duke University brygger op ledende "blæk" til inkjetprintere for at udskrive billigt, kredsløbsmønstre, der kan tilpasses på stort set enhver overflade.

Trykt elektronik, som allerede bliver brugt i stor skala i enheder såsom anti-tyveri radiofrekvensidentifikation (RFID) tags, du kan finde på bagsiden af ​​nye dvd'er, har i øjeblikket en stor ulempe:at kredsløbene fungerer, de skal først opvarmes for at smelte alle nanopartiklerne sammen til en enkelt ledende ledning, gør det umuligt at printe kredsløb på billig plast eller papir.

En ny undersøgelse fra Duke-forskere viser, at justering af formen på nanopartiklerne i blækket måske blot eliminerer behovet for varme.

Ved at sammenligne ledningsevnen af ​​film fremstillet af forskellige former for sølv nanostrukturer, forskerne fandt ud af, at elektroner glider gennem film lavet af sølv nanotråde meget lettere end film lavet af andre former, som nanosfærer eller mikroflager. Faktisk, elektroner flød så let gennem nanotrådsfilmene, at de kunne fungere i trykte kredsløb uden at skulle smelte dem alle sammen.

"Nanotrådene havde en 4, 000 gange højere ledningsevne end de mere almindeligt anvendte sølv nanopartikler, som du ville finde i trykte antenner til RFID-tags, " sagde Benjamin Wiley, adjunkt i kemi ved Duke. "Så hvis du bruger nanotråde, så behøver du ikke varme de trykte kredsløb op til så høj temperatur, og du kan bruge billigere plast eller papir."

"Der er virkelig ikke noget andet, jeg kan komme i tanke om end disse sølv nanotråde, som du bare kan printe, og det er simpelthen ledende, uden nogen efterbehandling, " tilføjede Wiley.

Disse typer af trykt elektronik kan have anvendelser langt ud over smart emballage; forskere forestiller sig at bruge teknologien til at lave solceller, trykte displays, LED'er, berøringsskærme, forstærkere, batterier og endda nogle implanterbare bio-elektroniske enheder. Resultaterne blev vist online 16. december in ACS anvendte materialer og grænseflader .

Sølv er blevet et go-to-materiale til fremstilling af trykt elektronik, Wiley sagde, og en række undersøgelser er for nylig dukket op, der måler ledningsevnen af ​​film med forskellige former for sølvnanostrukturer. Imidlertid, eksperimentelle variationer gør direkte sammenligninger mellem formerne vanskelige, og få rapporter har knyttet filmens ledningsevne til den samlede masse af brugt sølv, en vigtig faktor, når man arbejder med et kostbart materiale.

"Vi ønskede at fjerne eventuelle ekstra materialer fra blækket og blot skærpe ind på mængden af ​​sølv i filmene og kontakterne mellem nanostrukturerne som den eneste kilde til variation, " sagde Ian Stewart, en nyligt kandidatstuderende i Wileys laboratorium og førsteforfatter på ACS-papiret.

Stewart brugte kendte opskrifter til at tilberede sølv nanostrukturer med forskellige former, herunder nanopartikler, mikroflager, og korte og lange nanotråde, og blandede disse nanostrukturer med destilleret vand for at lave simple "blæk". Derefter opfandt han en hurtig og nem måde at lave tynde film på ved hjælp af udstyr, der er tilgængeligt i stort set ethvert laboratorie-glasglas og dobbeltsidet tape.

"Vi brugte en hulmaskine til at skære brønde ud af dobbeltklæbende tape og klæbede disse fast på glasglas, " sagde Stewart. Ved at tilføje et præcist volumen blæk i hver tape "brønd" og derefter opvarme brøndene - enten til relativt lav temperatur for blot at fordampe vandet eller til højere temperaturer for at begynde at smelte strukturerne sammen - skabte han en række film at teste.

Holdet siger, at de ikke var overraskede over, at de lange nanotrådsfilm havde den højeste ledningsevne. Elektroner flyder normalt let gennem individuelle nanostrukturer, men sætter sig fast, når de skal hoppe fra den ene struktur til den næste, Wiley forklarede, og lange nanotråde reducerer i høj grad antallet af gange, elektronerne skal få dette "spring".

Men de var overraskede over, hvor drastisk ændringen var. "Resistiviteten af ​​de lange sølv nanotrådfilm er flere størrelsesordener lavere end sølvnanopartikler og kun 10 gange større end rent sølv, " sagde Stewart.

Holdet eksperimenterer nu med at bruge aerosolstråler til at printe sølv nanotrådsblæk i brugbare kredsløb. Wiley siger, at de også ønsker at undersøge, om sølvbelagte kobber nanotråde, som er væsentligt billigere at producere end rene sølv nanotråde, vil give samme effekt.