Koppar nanotrådar kan komma till en liten skärm nära dig. Dessa nya nanostrukturer har potential att minska kostnaderna för att visa information på mobiltelefoner, e-läsare och iPads, och de kan också hjälpa ingenjörer att bygga hopfällbar elektronik och förbättrade solceller, enligt ny forskning.

Hertigkemisten Ben Wiley och hans doktorand har utvecklat en teknik för att organisera kopparatomer i vatten för att bilda långa, tunn, icke-klumpade nanotrådar. Nanotrådarna omvandlas sedan till transparenta, ledande filmer och belagda på glas eller plast.

Den nya forskningen visar att nanotrådsfilmerna av koppar har samma egenskaper som de som för närvarande används i elektroniska enheter och solceller, men är billigare att tillverka. Resultaten publicerades online den 23 september Avancerade material.

Filmerna som för närvarande kopplar ihop pixlar i elektroniska skärmar är gjorda av indiumtennoxid, eller ITO. Det är mycket transparent, som överför informationen väl. Men ITO-filmen måste avsättas från en ånga i en process som är tusen gånger långsammare än tidningstryck, och, när ITO är i enheten, det spricker lätt. Indium är också ett dyrt sällsynt jordartsmetall, kostar så mycket som $800 per kilogram.

Dessa problem har drivit världsomspännande ansträngningar för att hitta billigare material som kan beläggas eller tryckas som bläck med mycket högre hastigheter för att göra billiga, transparenta ledande filmer, sa Wiley.

Ett alternativ till en ITO-film är att använda bläck som innehåller silver nanotrådar. Den första mobiltelefonen med en skärm tillverkad av silver nanotrådar kommer att finnas på marknaden i år. Men silver, som indium, är fortfarande relativt dyrt på $1400 per kilogram.

Koppar, å andra sidan, är tusen gånger rikligare än indium eller silver, och cirka 100 gånger billigare, kostar bara $9 per kilogram.

2010, Wiley och hans doktorand Aaron Rathmell visade att det var möjligt att forma ett lager av kopparnanotrådar på glas för att göra en transparent ledande film.

Men på den tiden, filmens prestanda var inte tillräckligt bra för praktiska tillämpningar eftersom trådarna klumpade ihop sig. Det nya sättet att odla kopparnanotrådarna och belägga dem på glasytor eliminerar klumpningsproblemet, sa Wiley.

Han och Rathmell skapade också de nya kopparnanotrådarna för att bibehålla sin ledningsförmåga och form när de böjs fram och tillbaka 1, 000 gånger. I kontrast, ITO-filmers ledning och struktur går sönder efter några böjar.

Wiley sa att den låga kostnaden, högpresterande, och flexibiliteten hos nanotrådar i koppar gör dem till ett naturligt val för användning i nästa generations displayer och solceller. Han var med och grundade ett företag som heter NanoForge Corp 2010 för att tillverka nanotrådar av koppar för kommersiella applikationer.

I början av 2011 NanoForge fick en $45, 000 North Carolina IDEA-bidrag för förfining och uppskalning av tillverkningsprocessen av kopparnanotrådar, och det fyller nu beställningar.

Med fortsatt utveckling, koppar nanotrådar kan finnas i skärmar och solceller inom de närmaste åren, vilket kan leda till lättare och mer tillförlitliga skärmar och även till att göra solenergin mer konkurrenskraftig med fossila bränslen, sa Wiley.