Ny grafenutskriftsteknik kan producera elektroniska kretsar som är billiga, flexibel, mycket ledande och vattenavvisande.

Nanotekniken "skulle ge enormt värde till självrengörande bärbar/tvättbar elektronik som är resistent mot fläckar, eller bildning av is och biofilm, "enligt en ny tidning som beskriver upptäckten.

"Vi tar låg kostnad, bläckstråleskrivet grafen och justera det med en laser för att göra funktionella material, "sa Jonathan Claussen, en biträdande professor i maskinteknik vid Iowa State University, en medarbetare vid U.S. Department of Energy's Ames Laboratory och motsvarande författare till tidningen som nyligen fanns på omslaget till tidningen Nanoskala .

Papperet beskriver hur Claussen och nanoingenjörerna i hans forskargrupp använder bläckstråleutskriftsteknik för att skapa elektriska kretsar på flexibla material. I detta fall, bläcket är flingor av grafen - undermaterialet kan vara en bra ledare för el och värme, plus att det är starkt, stabil och biokompatibel.

De tryckta flingorna, dock, inte är mycket ledande och måste bearbetas för att ta bort icke-ledande bindemedel och svetsa ihop flingorna, öka konduktiviteten och göra dem användbara för elektronik eller sensorer.

Den efterutskriftsprocessen involverar vanligtvis värme eller kemikalier. Men Claussen och hans forskargrupp utvecklade en snabbpulslaserprocess som behandlar grafen utan att skada tryckytan - även om det är papper.

Och nu har de hittat en annan tillämpning av deras laserbearbetningsteknik:att ta grafentryckta kretsar som kan hålla vattendroppar (de är hydrofila) och förvandla dem till kretsar som stöter bort vatten (de är superhydrofoba).

"Vi mikromönstrar ytan på bläckstråleskrivet grafen, "Sa Claussen." Lasern justerar grafenflingorna vertikalt - som små pyramider som staplar upp. Och det är det som inducerar hydrofobicitet. "

Claussen sa att energitätheten i laserbehandlingen kan justeras för att ställa in graden av hydrofobicitet och konduktivitet hos de tryckta grafenkretsarna.

Och det öppnar alla möjliga möjligheter för ny elektronik och sensorer, enligt tidningen.

"En av de saker som vi skulle vara intresserade av att utveckla är biologiskt förorenande material, "sa Loreen Stromberg, en medförfattare av papper och en postdoktoral forskningsassistent i Iowa State i maskinteknik och för Virtual Reality Applications Center. "Detta kan eliminera uppbyggnaden av biologiska material på ytan som skulle hämma den optimala prestandan hos enheter som kemiska eller biologiska sensorer."

Tekniken kan också ha tillämpningar inom flexibel elektronik, tvättbara sensorer i textilier, mikrofluid teknik, dragreducering, avisning, elektrokemiska sensorer och teknik som använder grafenstrukturer och elektrisk simulering för att producera stamceller för nervregenerering.

Forskarna skrev att ytterligare studier bör göras för att bättre förstå hur nano- och mikroytorna på den tryckta grafenen skapar de vattenavvisande förmågorna.

De nuvarande studierna har fått stöd av bidrag från National Science Foundation, U.S. Department of Agriculture National Institute of Food and Agriculture, Roy J. Carver Charitable Trust plus Iowa State's College of Engineering och institutionen för maskinteknik.

Iowa State University Research Foundation arbetar med att patentera tekniken och har valt den till en Ames-baserad start, NanoSpy Inc., för eventuell kommersialisering. NanoSpy, ligger vid Iowa State University Research Park, utvecklar sensorer för att upptäcka salmonella och andra patogener i livsmedelsförädlingsanläggningar. Claussen och Stromberg är en del av företaget.

Grafentrycket, bearbetnings- och inställningsteknik visar sig vara mycket användbar, Sa Stromberg. Trots allt, "elektronik införlivas i allt."