Forskare vid North Carolina State University har utvecklat en ny teknik som gör att de kan skriva ut kretsar på flexibla, töjbara substrat med silver nanotrådar. Framsteg gör det möjligt att integrera materialet i ett brett utbud av elektroniska enheter.

Silver nanotrådar har rönt stort intresse de senaste åren för användning i många applikationer, allt från proteser till bärbara hälsosensorer, på grund av deras flexibilitet, töjbarhet och ledande egenskaper. Medan proof-of-concept-experiment har varit lovande, det har funnits betydande utmaningar med att skriva ut högintegrerade kretsar med silver nanotrådar.

Silver nanopartiklar kan användas för att skriva ut kretsar, men nanopartiklarna producerar kretsar som är mer spröda och mindre ledande än silver nanotrådar. Men konventionella tekniker för att skriva ut kretsar fungerar inte bra med silver nanotrådar; nanotrådarna täpper ofta till tryckmunstyckena.

"Vår metod använder elektrohydrodynamisk utskrift, som förlitar sig på elektrostatisk kraft för att spruta ut bläcket från munstycket och dra det till lämplig plats på substratet, "säger Jingyan Dong, motsvarande författare till en artikel om arbetet och en docent vid Edward P. Fitts Department of Industrial &Systems Engineering i NC State. "Detta tillvägagångssätt tillåter oss att använda ett mycket brett munstycke – vilket förhindrar igensättning – samtidigt som vi behåller en mycket fin utskriftsupplösning."

"Och eftersom vårt "bläck" består av ett lösningsmedel som innehåller silver nanotrådar som vanligtvis är mer än 20 mikrometer långa, de resulterande kretsarna har den önskade konduktiviteten, flexibilitet och töjbarhet, " säger Yong Zhu, professor i maskinteknik vid NC State och motsvarande författare till uppsatsen.

"Dessutom, lösningsmedlet vi använder är både ogiftigt och vattenlösligt, " säger Zheng Cui, en Ph.D. student vid NC State och huvudförfattare till uppsatsen. "När kretsen har skrivits ut, lösningsmedlet kan helt enkelt tvättas bort."

Vad mer, storleken på utskriftsområdet begränsas endast av storleken på skrivaren, vilket innebär att tekniken lätt kan skalas upp.

Forskarna har använt den nya tekniken för att skapa prototyper som använder silvernanotrådskretsarna, inklusive en handske med en intern värmare och en bärbar elektrod för användning vid elektrokardiografi. NC State har lämnat in ett provisoriskt patent på tekniken.

"Med tanke på teknikens effektivitet, direkt skrivförmåga, och skalbarhet, vi är optimistiska att detta kan användas för att främja utvecklingen av flexibla, töjbar elektronik med silver nanotrådar – vilket gör dessa enheter praktiska ur ett tillverkningsperspektiv, " säger Zhu.

Pappret, "Elektrohydrodynamisk utskrift av silvernanotrådar för flexibel och töjbar elektronik, " publiceras i tidskriften Nanoscale.