En ny tillverkningsteknik använder en process som liknar tidningstryck för att bilda jämnare och mer flexibla metaller för att göra ultrasnabba elektroniska enheter.

Lågkostnadsprocessen, utvecklad av Purdue University forskare, kombinerar verktyg som redan används inom industrin för att tillverka metaller i stor skala, men använder hastigheten och precisionen hos tidningstryck rulla-till-rulle för att ta bort ett par tillverkningsbarriärer för att göra elektroniken snabbare än de är idag.

Mobiltelefoner, bärbara datorer, tabletter, och många andra elektronikenheter förlitar sig på sina interna metallkretsar för att bearbeta information i hög hastighet. Nuvarande metalltillverkningstekniker tenderar att göra dessa kretsar genom att få ett tunt regn av flytande metalldroppar att passera genom en stencilmask i form av en krets, ungefär som att spraya graffiti på väggar.

"Tyvärr, denna tillverkningsteknik genererar metallkretsar med grova ytor, får våra elektroniska enheter att värmas upp och ladda ur sina batterier snabbare, sa Ramses Martinez, biträdande professor i industriteknik och biomedicinsk teknik.

Framtida ultrasnabba enheter kommer också att kräva mycket mindre metallkomponenter, vilket kräver en högre upplösning för att göra dem i dessa nanoskala storlekar.

"Att forma metaller med allt mindre former kräver formar med högre och högre definition, tills du når storleken på nanoskala, "Sade Martinez. "Att lägga till de senaste framstegen inom nanoteknologi kräver att vi mönstrar metaller i storlekar som är ännu mindre än kornen de är gjorda av. Det är som att göra ett sandslott mindre än ett sandkorn."

Denna så kallade "formbarhetsgräns" hämmar förmågan att tillverka material med nanoskala upplösning i hög hastighet.

Purdue-forskare har tagit upp båda dessa frågor – grovhet och låg upplösning – med en ny storskalig tillverkningsmetod som möjliggör bildning av släta metallkretsar i nanoskala med hjälp av konventionella koldioxidlasrar, som redan är vanliga för industriell skärning och gravering.

"Att skriva ut små metallkomponenter som tidningar gör dem mycket smidigare. Detta gör att en elektrisk ström kan färdas bättre med mindre risk för överhettning, sa Martinez.

Tillverkningsmetoden, kallad roll-to-roll laser-inducerad superplasticitet, använder en rullande stämpel som de som används för att trycka tidningar i hög hastighet. Tekniken kan inducera, under en kort tid, "superlastiskt" beteende på olika metaller genom att applicera högenergi laserskott, vilket gör det möjligt för metallen att flöda in i nanoskalan hos den rullande stämpeln – vilket kringgår formbarhetsgränsen.

"I framtiden, rulla-till-rulle-tillverkning av enheter med vår teknik kan möjliggöra skapandet av pekskärmar täckta med nanostrukturer som kan interagera med ljus och generera 3-D-bilder, samt kostnadseffektiv tillverkning av känsligare biosensorer, sa Martinez.

Forskarna diskuterar sin teknik längre in Nanobokstäver , en publikation från American Chemical Society.