Genom att suspendera små metallnanopartiklar i vätskor, Duke University forskare brygger upp ledande bläckstråleskrivare "bläck" för att skriva ut billigt, anpassningsbara kretsmönster på nästan vilken yta som helst.

Tryckt elektronik, som redan används i stor skala i enheter som t.ex. taggar mot stöld av radiofrekvensidentifiering (RFID) som du kan hitta på baksidan av nya DVD-skivor, har för närvarande en stor nackdel:för att kretsarna ska fungera, de måste först värmas för att smälta alla nanopartiklar tillsammans till en enda ledande tråd, vilket gör det omöjligt att skriva ut kretsar på billig plast eller papper.

En ny studie av Duke -forskare visar att justering av formen på nanopartiklarna i bläcket bara kan eliminera behovet av värme.

Genom att jämföra konduktiviteten hos filmer gjorda av olika former av silver -nanostrukturer, forskarna fann att elektroner zippar igenom filmer av silver -nanotrådar mycket lättare än filmer gjorda av andra former, som nanosfärer eller mikroflakes. Faktiskt, elektroner flödade så lätt genom nanotrådfilmerna att de kunde fungera i tryckta kretsar utan att behöva smälta dem alla tillsammans.

"Nanotrådarna hade en 4, 000 gånger högre konduktivitet än de vanligare silvernanopartiklarna som du hittar i tryckta antenner för RFID -taggar, "sade Benjamin Wiley, biträdande professor i kemi vid Duke. "Så om du använder nanotrådar, då behöver du inte värma de tryckta kretsarna till så hög temperatur och du kan använda billigare plast eller papper. "

"Det finns verkligen inget annat jag kan tänka mig förutom dessa silver nanotrådar som du bara kan skriva ut och det är helt enkelt ledande, utan någon efterbehandling, "Tillade Wiley.

Dessa typer av tryckt elektronik kan ha tillämpningar långt bortom smarta förpackningar; forskare tänker sig att använda tekniken för att göra solceller, tryckta displayer, LED, pekskärmar, förstärkare, batterier och till och med några implanterbara bioelektroniska enheter. Resultaten dök upp online 16 december ACS -tillämpade material och gränssnitt .

Silver har blivit ett material för tillverkning av tryckt elektronik, Wiley sa, och ett antal studier har nyligen dykt upp för att mäta konduktiviteten hos filmer med olika former av silver -nanostrukturer. Dock, experimentella variationer försvårar direkta jämförelser mellan formerna, och få rapporter har kopplat filmens konduktivitet till den totala massan av silver som används, en viktig faktor när man arbetar med ett kostsamt material.

"Vi ville eliminera eventuella extra material från bläcket och helt enkelt finjustera mängden silver i filmerna och kontakterna mellan nanostrukturerna som den enda variabilitetskällan, "sa Ian Stewart, en ny doktorand i Wileys lab och första författare på ACS -papper.

Stewart använde kända recept för att tillaga silver -nanostrukturer med olika former, inklusive nanopartiklar, mikroflingor, och korta och långa nanotrådar, och blandade dessa nanostrukturer med destillerat vatten för att göra enkla "bläck". Han uppfann sedan ett snabbt och enkelt sätt att göra tunna filmer med hjälp av utrustning som finns i nästan alla laboratorier-glasskivor och dubbelsidig tejp.

"Vi använde en hålslagare för att skära ut brunnar från dubbelsidig tejp och fästa dessa på glasskivor, "Stewart sa. Genom att lägga till en exakt volym bläck i varje tejp" brunn "och sedan värma brunnarna - antingen till relativt låg temperatur för att helt enkelt förånga vattnet eller till högre temperaturer för att börja smälta strukturerna tillsammans - skapade han en mängd olika filmer att testa.

Teamet säger att de inte var förvånade över att de långa nanotrådfilmerna hade den högsta konduktiviteten. Elektroner flyter vanligtvis lätt genom enskilda nanostrukturer men fastnar när de måste hoppa från en struktur till nästa, Wiley förklarade, och långa nanotrådar minskar kraftigt antalet gånger elektronerna måste göra detta "hopp".

Men de blev förvånade över hur drastisk förändringen var. "Resistiviteten hos de långa silver -nanotrådfilmerna är flera storleksordningar lägre än silver -nanopartiklar och bara 10 gånger större än rent silver, Sa Stewart.

Teamet experimenterar nu med att använda aerosolstrålar för att skriva ut silver nanotrådsfärger i användbara kretsar. Wiley säger att de också vill undersöka om silverbelagda nanotrådar i koppar, som är betydligt billigare att producera än rena silver nanotrådar, ger samma effekt.