(Phys.org) – Även om det kan se ut som att forskare från Tsinghua University i Peking skissar på en idé för en krets på ett papper, de använder faktiskt en speciell penna som ritar riktiga kretsar med kol-nanorör-baserat bläck.

Denna teknik, kallas "fiberritning, " har tidigare använts för att konstruera mönster, men fiberlängden är vanligtvis mycket kort på bara några millimeter, och ritningshastigheten är vanligtvis mycket långsam. Dessa nackdelar begränsar dess användning vid kretsframställning.

I den nya studien, forskarna visade att deras nya penna kan rita kolnanorörsfibrer som är mer än en halv meter långa med snabba ritningshastigheter på upp till 10 cm/sekund. Deras arbete publiceras i ett färskt nummer av Nanobokstäver .

På grund av nanorörsfibrernas höga ledningsförmåga och utmärkta mekaniska flexibilitet, forskarna förutspår att fibrerna kan fungera som de grundläggande byggstenarna för en mängd olika flexibla elektroniska enheter, såsom bärbar elektronik, flexibla pekskärmar, flexibla solceller, RFID, och 3D-enheter.

Medan själva pennan är en vanlig kommersiell penna, bläcket består av en kombination av elektriskt ledande nanorörsfibrer i kol och en viskös polymerlösning som kallas polyetylenoxid (PEO). Den viskösa PEO är mycket elastisk och mekaniskt stark, vilket gör att den kan dra långa nanorörsfibrer från lösningen under skrivprocessen.

"Ritningstekniken tillåter oss att uppnå mycket långa nanorörsfibrer i kol, främst på grund av polymerens höga molekylvikt och hög viskositet hos prekursorlösningen som bläck, " medförfattare Hui Wu, Docent vid Tsinghua University, berättade Phys.org .

När du skriver, pennan lyfts från papperet för att sträcka och suspendera fibrerna, som sedan kan läggas ner på underlaget i önskat läge. Forskarna visade att komplexa fibermönster kan ritas för hand, och de förutspår att ännu större precision kan uppnås med hjälp av avancerade mekaniska anordningar.

Forskarna visade också att en ökning av polymerkoncentrationen i bläcket ökar diametern på nanorörsfibrerna från 300 nm till 3 µm. I allmänhet, tunnare fibrer har bättre ledningsförmåga än tjockare på grund av deras bättre fiberorientering.

Tester visar att de mycket ledande nanorörsfibrerna i kol också uppvisar utmärkt mekanisk flexibilitet. I början, forskarna förväntade sig att de ultralånga kolnanorörsfibrerna skulle behålla sin konduktivitet efter böjning och distorsion. Något överraskande, deras tester visade att fibrerna faktiskt uppvisar en ökning i konduktivitet efter böjning - cirka 30 % ökning efter 1000 böjningscykler. Forskarna föreslår att spänningen som orsakas av böjning deformerar polymererna och förbättrar inriktningen av nanorör, vilket i sin tur ökar konduktiviteten.

I framtiden, forskarna hoppas kunna utöka rittekniken till att använda olika typer av bläck för olika ändamål.

"Vi arbetar nu med att aktivera fler funktioner i fibern, " sa Wu. "T.ex. en möjlighet är halvledande fibrer som dras från en pennspets för applikationer med flexibla enheter."

© 2015 Phys.org