Detta är ett exempel på enkel ljusavkännande elektronik med en LED (ljusemitterande diod), en ljuskänslig diod (halvledare) och ström ansluten av en högpresterande krets inuti polymer. Lysdioden lyser när den utsätts för ljus och släcks när ljuset från dioden blockeras. Kredit:Md Naim Jahangir
Rutgers ingenjörer har bäddat in högpresterande elektriska kretsar i 3D-tryckt plast, vilket kan leda till mindre och mångsidiga drönare och bättre presterande små satelliter, biomedicinska implantat och smarta strukturer.
De använde pulser av högenergiljus för att smälta ihop små silvertrådar, vilket resulterar i kretsar som leder 10 gånger mer elektricitet än den senaste tekniken, enligt en studie i tidskriften Additive Manufacturing. Genom att öka konduktiviteten 10 gånger, ingenjörerna kan minska energianvändningen, förlänga livslängden på enheter och öka deras prestanda.
"Vår innovation visar ett stort löfte för att utveckla en integrerad enhet - med 3D-utskrift och intensiva ljuspulser för att smälta samman silvernanopartiklar - för elektronik, " sa seniorförfattaren Rajiv Malhotra, en biträdande professor vid avdelningen för mekanisk och rymdteknik vid School of Engineering vid Rutgers University–New Brunswick.
Inbäddning av elektriska sammankopplingar inuti 3-D-tryckta strukturer gjorda av polymerer, eller plast, kan skapa nya paradigm för enheter som är mindre och mer energieffektiva. Sådana enheter kan inkludera CubeSats (små satelliter), drönare, sändare, ljus- och rörelsesensorer och globala positioneringssystem. Sådana sammankopplingar används också ofta i antenner, trycksensorer, elektriska spolar och elnät för elektromagnetisk skärmning.
Ingenjörerna använde högteknologisk "intens pulsed light sintring" - med högenergiljus från en xenonlampa - för att smälta samman långa tunna stavar av silver som kallas nanotrådar. Nanomaterial mäts i nanometer (en nanometer är en miljondels millimeter - ungefär 100, 000 gånger tunnare än ett människohår). Sammansmälta silvernanomaterial används redan för att leda elektricitet i enheter som solceller, displayer och radiofrekvensidentifiering (RFID)-taggar.
Nästa steg inkluderar att göra helt 3-D interna kretsar, förbättra deras ledningsförmåga och skapa flexibla interna kretsar inuti flexibla 3D-strukturer, sa Malhotra.
Huvudförfattare är Rutgers doktorand Md Naim Jahangir. Rutgers medförfattare inkluderar grundexamen Jeremy Cleeman och postdoktorand Hyun-Jun Hwang.
