Ett nytt bläck som innehåller nanopartiklar av järnoxid kan förvandlas till helt tryckta och mångsidiga komponenter för cellulära nätverk.

Bläckstråleutskriftsteknik kan användas för att producera radiofrekvensenheter, som antenner, som kan magnetiskt konfigureras om på begäran. Denna upptäckt av ett team från KAUST ökar utsikterna för billig elektronik som fungerar över hela världen genom att ställa in sig på flera cellulära band och standarder.

En typisk mobiltelefonantenn tillverkas genom att metalliska mönster avsätts på isolerande kisel- eller glasskivor. Dessa miniatyrantenner har utmärkt tillförlitlighet, men fungerar bara på fasta frekvensband. För att tillverka enheter som kan anpassa sig till olika trådlösa inställningar, forskare vänder sig alltmer till magneter. Byt ut en isolerande wafer med en magnetisk, till exempel, kan uppnå frekvensinställning som kan täcka mega- till gigahertz-områden.

Istället för komplexet, flerskiktad keramik som för närvarande används som magnetiska substrat, Mohammad Vaseem, Atif Shamim och kollegor undersökte ett tillvägagångssätt baserat på utskrivbar elektronik - en teknik som ersätter de färgämnesfyllda vätskorna som finns i konsumentskrivare med speciella bläck som innehåller ämnen, som metalliska nanopartiklar, och sedan skräddarsydda enhetsmönster med relativt lätthet och höga hastigheter.

"Om magnetiska substrat kan skrivas ut, vi kan uppnå enorma kostnadsbesparingar och lägga till nya funktioner, " säger Shamim. "Det finns ett antal andra mätvärden som kan optimeras, som tjocklek, som är omöjliga med fasta substrat."

Genom att injicera järnbaserade reagens i en het ättiksyralösning, forskarna syntetiserade magnetiska nanopartiklar av järnoxid som spreds i avjoniserat vatten för att bilda ett bläck. Efterföljande trycktester visade omedelbart lovande:när den avsattes som en tunn film på ett glassubstrat, det nya magnetiska substratet skulle kunna fungera som en energilagrande induktoranordning med en justerbar kapacitet på över 20 procent.

Skriver ut det magnetiska bläcket tjockare än några nanometer, dock, visat sig omöjligt på grund av dess naturliga sprödhet. För att stärka bläcket, teamet modifierade nanopartiklarnas ytor med kolvätekedjor för att hjälpa de små magneterna att blandas jämnt till ett epoxiharts känt som SU-8. Den resulterande pastan screentrycktes och UV-härdades till fristående magnetiska ark med några millimeters tjocklek.

Den innovativa, helt tryckt magnetisk wafer visade lovande antennjustering på över 10 procent - en siffra som teamet siktar på att förbättra genom att perfekta sina utskriftsrecept.

"Överraskningen var att vi fick antenner med ett bra inställningsområde, även om vi blandade in 50 procent SU-8, ", konstaterar Shamim. "Detta betyder att vi skulle kunna utöka det här avstämningsområdet ytterligare genom att justera detta förhållande och även gå över till mer sofistikerade rull-till-rulle-processer som skriver ut i meter per minut."