Skalerbar og omkostningseffektiv fremstilling af tyndfilmsenheder

Ingeniører ved Rutgers University -New Brunswick og Oregon State University udvikler en ny metode til behandling af nanomaterialer, der kan føre til hurtigere og billigere fremstilling af fleksible tyndfilm -enheder - fra berøringsskærme til vinduesbelægninger, ifølge en ny undersøgelse.

Metoden "intens pulserende lyssintring" bruger lys med høj energi over et område på næsten 7, 000 gange større end en laser til at smelte nanomaterialer på sekunder. Nanomaterialer er materialer kendetegnet ved deres lille størrelse, målt i nanometer. Et nanometer er en milliontedel af en millimeter, eller omkring 100, 000 gange mindre end diameteren på et menneskehår.

Den eksisterende metode til pulserende lysfusion bruger temperaturer på omkring 250 grader Celsius (482 grader Fahrenheit) til at smelte sølvnanosfærer ind i strukturer, der leder elektricitet. Men den nye undersøgelse, udgivet i RSC Advances og ledet af Rutgers School of Engineering doktorand Michael Dexter, viste, at fusion ved 150 grader Celsius (302 grader Fahrenheit) fungerer godt, samtidig med at ledningen af ​​de smeltede sølv -nanomaterialer bevares.

Ingeniørernes præstation startede med sølvnanomaterialer i forskellige former:lang, tynde stænger kaldet nanotråd udover nanosfærer. Den kraftige temperaturreduktion, der er nødvendig for fusion, gør det muligt at bruge billige, temperaturfølsomme plastsubstrater som polyethylenterephthalat (PET) og polycarbonat i fleksible enheder, uden at skade dem.

"Pulserende lyssintring af nanomaterialer muliggør virkelig hurtig fremstilling af fleksible enheder til stordriftsfordele, "sagde Rajiv Malhotra, undersøgelsens seniorforfatter og assisterende professor i Institut for Mekanisk og Rumfartsteknik i Rutgers-New Brunswick. "Vores innovation udvider denne kapacitet ved at tillade billigere temperaturfølsomme underlag."

Smeltede nanomaterialer i sølv bruges til at lede elektricitet i enheder såsom RFID-mærker (radiofrekvensidentifikation), displayenheder og solceller. Fleksible former for disse produkter er afhængige af sammensmeltning af ledende nanomaterialer på fleksible underlag, eller platforme, såsom plast og andre polymerer.

"Det næste trin er at se, om andre nanomaterialeformer, herunder flade flager og trekanter, vil drive fusionstemperaturerne endnu lavere, "Sagde Malhotra.

I en anden undersøgelse, udgivet i Videnskabelige rapporter , Rutgers og Oregon State ingeniører demonstrerede pulserende lyssintring af kobbersulfid nanopartikler, en halvleder, at lave film mindre end 100 nanometer tykke.

"Vi var i stand til at udføre denne fusion på to til syv sekunder sammenlignet med de minutter til timer, det normalt tager nu, sagde Malhotra, undersøgelsens seniorforfatter. "Vi viste også, hvordan man bruger den pulserende lysfusionsproces til at kontrollere filmens elektriske og optiske egenskaber."

Deres opdagelse kunne fremskynde fremstillingen af ​​tynde kobbersulfidfilm, der bruges i vinduesbelægninger, der styrer infrarødt sollys, transistorer og kontakter, ifølge undersøgelsen. Dette arbejde blev finansieret af National Science Foundation og The Walmart Manufacturing Innovation Foundation.