Ett tryckbart bläck med en oöverträffad ledningsförmåga och transparens har utvecklats av ett KAUST-team för användning i solpaneler, och för den nya blockeringen av elektromagnetiska vågor.

Metaller, som koppar och guld, genererar lite värme när en ström flyter genom dem. Av denna anledning, dessa högkonduktiva material används flitigt inom elektronikindustrin. En annan egenskap som delas av dessa metaller är opacitet:de reflekterar ljus snarare än att överföra det. Men transparens är en användbar egenskap i elektroniska enheter som genererar, upptäcka eller manipulera elektromagnetisk strålning.

Även om det finns material som är både transparenta och ledande, en kompromiss måste vanligtvis göras. "Ett typiskt problem med optiskt transparenta ledare är att deras konduktivitet är låg, och när transparensen ökar, konduktiviteten försämras ytterligare eller vice versa, " förklarar elektroingenjören Atif Shamim.

Shamim och Weiwei Li, en postdoktor i sin grupp, utvecklat det ledande bläcket genom att sprida silver nanotrådar i en polymerlösning. Att arbeta med ett annat KAUST-team ledd av Thomas Anthopoulos, de förbättrade de optiska och elektriska egenskaperna hos detta bläck med en behandling som kallas xenonblixtljussintring. "Silver nanotrådar är vanligtvis mönstrade genom flera bearbetningssteg och mönstringsstorleken är ganska begränsad, " säger Shamim. "Vi demonstrerar mönstringen av silvernanotrådar med stor yta och hög genomströmning i ett enda steg."

Bläcket kan ha viktig användning i optoelektroniska applikationer, som solceller. Men Shamim och hans kollega Khaled Salama använde den i en enhet för en annan applikation:blockering av elektromagnetiska vågor. När samhällets beroende av trådlös kommunikation växer, det gör även riskerna med systemfel på grund av störningar. Och det finns också obesvarade frågor om dess inverkan på människors hälsa, speciellt för nyfödda barn och utsatta patienter.

Med dessa farhågor i åtanke, Shamim och teamet skapade en struktur som kallas en frekvensselektiv yta (FSS). Som namnet antyder, detta reflekterar elektromagnetiska vågor av en viss frekvens, samtidigt som de låter andra passera den. KAUST-teamet gjorde en FSS genom att deponera sitt skräddarsydda ledande bläck i ett enkelt upprepande mönster på ett flexibelt polymersubstrat.

Experimentell karakterisering av FSS visade anständig reflektionsprestanda över två band i radiofrekvensdelen av det elektromagnetiska spektrumet. Och viktigare, medan typiska FSS bara blockerar vågor med en viss polarisation som kommer från en viss riktning, KAUST FSS var okänslig för polariseringen av radiovågorna och dess prestanda var stabil över ett brett spektrum av infallsvinklar. Ett annat positivt är att den tryckta FSS var helt flexibel:dess respons försämrades inte när materialet rullades ihop.

För att demonstrera den verkliga tillämpningen av deras sköld, de placerade en mobiltelefon i en låda täckt av FSS och observerade en betydande minskning av signalstyrkan. "Baserat på dessa lovande resultat, vi planerar att utöka våra ansökningar för flexibla, transparent, högpresterande elektroniska enheter, " säger Shamim. "Till exempel, vi vill applicera den tunna transparenta FSS på en glasinkubator i en sjukhusmiljö och genomföra experiment med elektromagnetisk skärmning för att ytterligare karakterisera vår design i en verklig miljö."