USB-minnen är redan vanliga tillbehör på kontor och högskolor. Men tack vare ökningen av utskrivbar elektronik, digitala lagringsenheter som dessa kan snart finnas överallt – inklusive på våra matvaror, pillerflaskor och även kläder.

Duke University-forskare har fört oss närmare en framtid med låg kostnad, flexibel elektronik genom att skapa en ny "spray-on" digital minnesenhet som endast använder en aerosolstråleskrivare och nanopartikelbläck.

Enheten, som är analog med en 4-bitars flash-enhet, är det första fulltryckta digitala minnet som skulle vara lämpligt för praktisk användning i enkel elektronik som miljösensorer eller RFID-taggar. Och eftersom den är jetprintad vid relativt låga temperaturer, den kan användas för att bygga programmerbara elektroniska enheter på böjbara material som papper, plast eller tyg.

"Vi har alla parametrar som gör att detta kan användas för en praktisk tillämpning, och vi har till och med gjort vår egen lilla demonstration med lysdioder, " sa Duke doktorand Matthew Catenacci, som beskriver enheten i en tidning publicerad online 27 mars i Journal of Electronic Materials .

Kärnan i den nya enheten, som är ungefär lika stor som ett frimärke, är ett nytt koppar-nanowire-baserat tryckbart material som kan lagra digital information.

"Minne är något av en abstrakt sak, men i huvudsak är det en serie av ettor och nollor som du kan använda för att koda information, sa Benjamin Wiley, en docent i kemi vid Duke och en författare på tidningen.

De flesta flashenheter kodar information i serier av kiseltransistorer, som kan existera i laddat tillstånd, motsvarande en "ett, "och ett oladdat tillstånd, motsvarande en "noll, " sa Wiley.

Det nya materialet, gjord av kiseldioxidbelagda kopparnanotrådar inkapslade i en polymermatris, kodar information inte i laddningstillstånd utan istället i tillstånd av motstånd. Genom att lägga på en liten spänning, det kan växlas mellan ett tillstånd med högt motstånd, som stoppar elektrisk ström, och ett tillstånd av lågt motstånd, som tillåter ström att flyta.

Och, till skillnad från kisel, nanotrådarna och polymeren kan lösas i metanol, skapa en vätska som kan sprutas genom munstycket på en skrivare.

"Vi har utvecklat ett sätt att göra hela enheten utskrivbar från lösning, vilket är vad du skulle vilja ha om du ville applicera det på tyger, RFID-taggar, böjda och flexibla underlag, eller substrat som inte tål hög värme, " sa Wiley.

För att skapa enheten, Catenacci använde först kommersiellt tillgängligt guld nanopartikelbläck för att skriva ut en serie guldelektroder på en glasskiva. Han skrev sedan ut koppar-nanowire-minnesmaterialet över guldelektroderna, och slutligen tryckte en andra serie elektroder, denna gång i koppar.

För att demonstrera en enkel applikation, Catenacci kopplade enheten till en krets som innehöll fyra LED-lampor. "Eftersom vi har fyra bitar, vi kan programmera sexton olika tillstånd, " sa Catenacci, där varje "tillstånd" motsvarar ett specifikt mönster av ljus. I en verklig applikation, vart och ett av dessa tillstånd kan programmeras för att motsvara ett nummer, brev, eller annan displaysymbol.

Även om andra forskargrupper har tillverkat liknande utskrivbara minnesenheter under de senaste åren, detta är den första som kombinerar nyckelegenskaper som är nödvändiga för praktisk användning. Skrivhastigheten, eller tid det tar att växla fram och tillbaka mellan stater, är cirka tre mikrosekunder, konkurrera med hastigheten på flash-enheter. Deras tester visar att skriftlig information kan bevaras i upp till tio år, och materialet kan skrivas om många gånger utan att förnedra.

Även om dessa enheter inte kommer att lagra digitala foton eller musik inom kort – deras minneskapacitet är alldeles för liten för det – kan de vara användbara i applikationer där låg kostnad och flexibilitet är nyckeln, säger forskarna.

"Till exempel, just nu kodar RFID-taggar bara ett visst produktnummer, och de används vanligtvis för att registrera inventering, ", sa Wiley. "Men allt fler människor vill också registrera vilken miljö produkten kändes – som, hölls denna medicin alltid vid rätt temperatur? Ett sätt som dessa skulle kunna användas skulle vara att göra en smartare RFID-taggar som kan känna av deras miljöer och registrera tillståndet över tid."