Nya metoder för att arrangera silver nanotrådar gör dem mer hållbara, visar en studie av KAUST. Dessa nanotrådar bildar flexibla, transparenta ledande skikt som kan användas för förbättrade solceller, belastningssensorer och nästa generations mobiltelefoner.

Att tillämpa nanoteknik i elektroniska enheter kräver rigorösa tester av enskilda små komponenter för att säkerställa att de kommer att stå emot användning. Silver nanotrådar visar mycket lovande som kontakter som kan arrangeras i flexibla, nästan genomskinliga nät för pekskärmar eller solceller, men det är oklart hur de kommer att reagera på långvariga påfrestningar från böjning och strömförande.

Att testa bulkegenskaperna hos ett stort urval av nanopartiklar är enkelt, men inte helt avslöjande. Dock, Att använda transmissionselektronmikroskopi (TEM) gör det möjligt att undersöka enskilda nanopartiklar. Ph.D. student Nitin Batra och hans handledare Pedro Da Costa ligger i framkant när det gäller att utveckla nya TEM-tekniker. Detta har gjort det möjligt för dem att studera enskilda silver nanotrådar i detalj (1).

"En stor del av vårt arbete har varit att designa och tillverka provplattformsprototyper (eller pommes frites ) för TEM, som tillåter oss att karakterisera och manipulera nanomaterial med en oöverträffad rumslig upplösning, säger Batra.

För att förbättra dyra kommersiellt tillgängliga chips som innehåller ett mycket ömtåligt membran för att stödja nanopartiklar, Batra och Da Costa, med hjälp av Ahad Syed från Nanofabrication Core Labat KAUST, har nu lämnat in patent på sin egen robusta, återanvändbara chips som inte kräver ett membran (2).

Forskarna hängde silver nanotrådar från platinaelektroder över sina skräddarsydda TEM-chips och applicerade en rad spänningar tills nanotrådarna misslyckades på grund av uppvärmning av den elektriska strömmen. De fann att raka nanotrådar tenderade att knäppa när de nådde en viss hög strömtäthet, på punkter som bestäms av lokala strukturella defekter.

Mer intressant beteende sågs när nanotrådarna böjdes från början. Dessa prover tenderade att böja sig istället för att bryta vid hög spänning och uppvisade en förmåga att självläka eftersom de förblev sammanhållna av kolbeläggningen på utsidan av ledningarna. Vissa nanotrådar uppvisade till och med resonansvibrationer, som övertonerna på en gitarrsträng, innan de misslyckades.

"Många enheter förväntas genomgå upprepade böjningar och vridningar av slutanvändaren, vilket innebär att det inte är realistiskt att begränsa studiet av det elektriska svaret av silvernanotrådar till raka konfigurationer, " säger Batra. "Våra resultat tyder på att felfrekvensen för sådana enheter kan minimeras genom att använda böjda nanotrådar istället för raka. Den självläkande förmågan kan effektivt fördröja nedbrytningen av kretsen."