"Чернила" из нанопроводов позволяют печатать схемы на бумажной основе

С помощью суспензии металлических наночастиц в жидкостях ученые из Университета Дьюка приготовили токопроводящие "чернила" для струйного принтера, позволяющие печатать недорогие настраиваемые шаблоны схем практически на любой поверхности.

Печатная электроника, уже использующаяся в широком масштабе в таких устройствах, как противоугонные метки RFID, и которую вы можете найти на обратной стороне новых DVD, в настоящее время имеет один существенный недостаток: для изготовления схем, они сначала должны быть нагреты, чтобы сплавить все наночастицы вместе в один провод, что делает невозможным печать схем на недорогой пластмассе или бумаге.

Новое исследование, проведенное учеными из Дьюка, показывает, что тонкая подгонка формы наночастиц в чернилах может просто устранить потребность в нагреве.

Сравнивая проводимость пленок, изготовленных из различных форм серебряных наноструктур, исследователи обнаружили, что электроны двигаются через пленки, изготовленные из серебряных нанопроволок, намного лучше, чем через пленки, изготовленные из других форм, как наносферы или микрохлопья. На самом деле, электроны текли так легко через нанопроволочные пленки, что они могли бы использоваться в печатных схемах без необходимости сплавлять их всех вместе.

«Нанопровода имели в 4000 раз более высокую проводимость, чем более широко используемые наночастицы серебра, которые можно найти в печатных антеннах для RFID-тегов, - сказал Бенджамин Уайли (Benjamin Wiley), доцент кафедры химии в Дьюке. - Так что если вы используете нанопровода, то вы не должны нагревать печатные схемы до такой высокой температуры, и вы можете использовать более дешевые пластмассы или бумагу».

Эти виды печатной электроники могут иметь применение далеко за пределами смарт-упаковки. Исследователи предполагают использовать технологию, чтобы сделать солнечные батареи, печатные дисплеи, светодиоды, сенсорные экраны, усилители, батареи и даже некоторые имплантируемые биоэлектронные устройства.

Серебро стало распространенным материалом для изготовления печатной электроники, сказал Уайли, и в последнее время появился целый ряд исследований и измерений проводимости пленок с различными формами серебряных наноструктур. Однако экспериментальные вариации делают прямое сравнение между формами трудным, и несколько отчетов связали проводимость пленок с общей массой используемого серебра, что является важным фактором при работе с дорогостоящим материалом.

«Мы хотели устранить любые дополнительные материалы из чернил и просто сосредоточиться на количестве серебра в пленках и контактах между наноструктурами как единственном источнике изменчивости», - сказал Ян Стюарт (Ian Stewart), недавний аспирант лаборатории Уайли и первый автор статьи.

Стюарт использовал известные рецепты изготовления наноструктур из серебра с различными формами, в том числе наночастицами, микрохлопьями и короткими и длинными нанопроволоками, и смешивал эти наноструктуры с дистиллированной водой, чтобы сделать простые "чернила". Затем он изобрел быстрый и легкий способ сделать тонкие пленки с использованием оборудования, доступного практически в любой лаборатории – стекла и двухсторонней ленты.

Команда говорит, что она не была удивлена тем, что пленки с длинными нанопроводами имели самую высокую проводимость. Электроны, как правило, легко двигаются через отдельные наноструктуры, но задерживаются, когда они должны прыгать от одной структуры к другой, объяснил Уайли, и длинные нанопровода значительно сокращают число таких «скачков».

Но они были удивлены тем, насколько резким было изменение. «Сопротивление пленок с длинными серебряными нанопроводами было на несколько порядков меньше, чем с наночастицами серебра и только в 10 раз больше, чем из чистого серебра», - сказал Стюарт.

Сейчас команда экспериментирует с использованием аэрозольных струй для печати чернилами из серебряных нанопроводов реальных схем. Уайли говорит, что они также хотят выяснить, дадут ли медные нанопровода с серебряным покрытием, которые значительно дешевле в производстве, чем нанопровода из чистого серебра, тот же эффект.

Химики из Университета Дьюка обнаружили, что пленки из серебряных нанопроводов, подобные таким, проводят электричество достаточно хорошо, чтобы сформировать функционирующие схемы без применения высоких температур, позволяя печатать их на термочувствительных материалах, таких как бумага или пластик

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365