Ingeniører udvikler fleksible, vandafvisende grafenkredsløb til vaskbar elektronik

Ny grafen-printteknologi kan producere elektroniske kredsløb, der er billige, fleksibel, meget ledende og vandafvisende.

Nanoteknologien "ville give enorm værdi til selvrensende bærbar/vaskbar elektronik, der er modstandsdygtig over for pletter, eller is- og biofilmdannelse, " ifølge et nyligt papir, der beskriver opdagelsen.

"Vi tager lave omkostninger, inkjet-printet grafen og tuning det med en laser for at lave funktionelle materialer, sagde Jonathan Claussen, en Iowa State University assisterende professor i maskinteknik, en associeret med det amerikanske energiministeriums Ames Laboratory og den tilsvarende forfatter til avisen, der for nylig blev vist på forsiden af ​​tidsskriftet Nanoskala .

Artiklen beskriver, hvordan Claussen og nanoingeniørerne i hans forskningsgruppe bruger inkjet-printteknologi til at skabe elektriske kredsløb på fleksible materialer. I dette tilfælde, blækket er flager af grafen - vidundermaterialet kan være en stor leder af elektricitet og varme, plus det er stærkt, stabil og biokompatibel.

De trykte flager, imidlertid, er ikke stærkt ledende og skal behandles for at fjerne ikke-ledende bindemidler og svejse flagerne sammen, øger ledningsevnen og gør dem nyttige til elektronik eller sensorer.

Denne post-print-proces involverer typisk varme eller kemikalier. Men Claussen og hans forskergruppe udviklede en hurtig-pulserende laserproces, der behandler grafenet uden at beskadige trykfladen – også selvom det er papir.

Og nu har de fundet en anden anvendelse af deres laserbehandlingsteknologi:at tage grafen-printede kredsløb, der kan holde vanddråber (de er hydrofile) og omdanne dem til kredsløb, der afviser vand (de er superhydrofobe).

"Vi mikromønstrer overfladen af ​​den inkjet-printede grafen, " sagde Claussen. "Laseren justerer grafenflagerne lodret - som små pyramider, der stables op. Og det er det, der inducerer hydrofobiciteten."

Claussen sagde, at energitætheden af ​​laserbehandlingen kan justeres for at justere graden af ​​hydrofobicitet og ledningsevne af de trykte grafenkredsløb.

Og det åbner op for alle mulige muligheder for ny elektronik og sensorer, ifølge avisen.

"En af de ting, vi ville være interesserede i at udvikle, er anti-biofouling materialer, " sagde Loreen Stromberg, en papirmedforfatter og en Iowa State postdoc-forskningsmedarbejder i maskinteknik og for Virtual Reality Applications Center. "Dette kunne eliminere opbygningen af ​​biologiske materialer på overfladen, der ville hæmme den optimale ydeevne af enheder såsom kemiske eller biologiske sensorer."

Teknologien kunne også have applikationer i fleksibel elektronik, vaskbare sensorer i tekstiler, mikrofluidisk teknologi, reduktion af luftmodstand, afisning, elektrokemiske sensorer og teknologi, der bruger grafenstrukturer og elektrisk simulering til at producere stamceller til nerveregenerering.

Forskerne skrev, at yderligere undersøgelser bør udføres for bedre at forstå, hvordan nano- og mikrooverflader af den trykte grafen skaber de vandafvisende evner.

De nuværende undersøgelser er blevet støttet af tilskud fra National Science Foundation, det amerikanske landbrugsministeriums National Institute of Food and Agriculture, Roy J. Carver Charitable Trust plus Iowa State College of Engineering og afdeling for maskinteknik.

Iowa State University Research Foundation arbejder på at patentere teknologien og har valgt den til en Ames-baseret startup, NanoSpy Inc., for eventuel kommercialisering. NanoSpy, beliggende i Iowa State University Research Park, udvikler sensorer til at detektere salmonella og andre patogener i fødevareforarbejdningsanlæg. Claussen og Stromberg er en del af virksomheden.

grafentryk, behandling og tuning teknologi viser sig at være meget nyttig, sagde Stromberg. Trods alt, "elektronik bliver inkorporeret i alting."