En trykfarve, der både er ledende og gennemsigtig, blokerer også for radiobølger

Et printbart blæk med en uovertruffen ledningsevne og gennemsigtighed er blevet udviklet af et KAUST-team til brug i solpaneler, og til den nye blokering af elektromagnetiske bølger.

Metaller, som kobber og guld, generere lidt varme, når en strøm løber gennem dem. Af denne grund, disse materialer med høj ledningsevne bruges i vid udstrækning i elektronikindustrien. En anden egenskab, der deles af disse metaller, er opacitet:de reflekterer lys i stedet for at transmittere det. Men gennemsigtighed er en nyttig egenskab i elektroniske enheder, der genererer, opdage eller manipulere elektromagnetisk stråling.

Selvom der er materialer, der er både gennemsigtige og ledende, der skal normalt indgås et kompromis. "Et typisk problem med optisk transparente ledere er, at deres ledningsevne er lav, og efterhånden som gennemsigtigheden øges, ledningsevnen forringes yderligere eller omvendt, " forklarer elektroingeniør Atif Shamim.

Shamim og Weiwei Li, en postdoc i hans gruppe, udviklet den ledende blæk ved at sprede sølv nanotråde i en polymeropløsning. Arbejde med et andet KAUST-team ledet af Thomas Anthopoulos, de forbedrede de optiske og elektriske egenskaber af denne blæk ved hjælp af en behandling kendt som xenon flash-lys sintring. "Sølv nanotråde er typisk mønstret gennem flere behandlingstrin, og mønsterstørrelsen er ret begrænset, " siger Shamim. "Vi demonstrerer mønstret med stort område og høj gennemstrømning af sølv nanotråde i et enkelt trin."

Blækket kan finde vigtig anvendelse i optoelektroniske applikationer, såsom solceller. Men Shamim og hans kollega Khaled Salama brugte det i en enhed til en anden applikation:blokering af elektromagnetiske bølger. Efterhånden som samfundets afhængighed af trådløs kommunikation vokser, det samme gør farerne ved systemfejl på grund af interferens. Og der er også ubesvarede spørgsmål om dets indvirkning på menneskers sundhed, især for nyfødte babyer og sårbare patienter.

Med disse bekymringer i tankerne, Shamim og holdet skabte en struktur kendt som en frekvensselektiv overflade (FSS). Som navnet antyder, dette reflekterer elektromagnetiske bølger af en bestemt frekvens, mens de lader andre passere igennem det. KAUST-teamet lavede en FSS ved at afsætte deres specialfremstillede ledende blæk i et simpelt gentaget mønster på et fleksibelt polymersubstrat.

Eksperimentel karakterisering af FSS viste anstændig reflektionsydelse på tværs af to bånd i radiofrekvensdelen af ​​det elektromagnetiske spektrum. Og vigtigst af alt, mens typiske FSS'er kun blokerer bølger med en vis polarisering, der kommer fra en bestemt retning, KAUST FSS var ufølsom over for polariseringen af ​​radiobølgerne, og dens ydeevne var stabil på tværs af en bred vifte af indfaldsvinkler. Et andet positivt er, at den trykte FSS var fuldstændig fleksibel:dens respons blev ikke forringet, når materialet blev rullet sammen.

For at demonstrere deres skjolds anvendelighed i den virkelige verden, de anbragte en mobiltelefon i en boks dækket af FSS og observerede en betydelig reduktion i signalstyrken. "Baseret på disse lovende resultater, vi planlægger at udvide vores applikationer til fleksible, gennemsigtig, højtydende elektroniske enheder, " siger Shamim. "F.eks. vi ønsker at anvende den tynde gennemsigtige FSS på en glasinkubator i et hospitalsmiljø og udføre eksperimenter med elektromagnetisk afskærmning for yderligere at karakterisere vores design i et virkeligt miljø."