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Nanowire墨水可實現紙質可印刷電子產品

  通過將微小的金屬納米顆粒懸浮在液體中,杜克大學的科學家正在釀造導電噴墨打印機“墨水”,以便在幾乎任何表面上打印廉價,可定制的電路圖案。

  印刷電子產品已廣泛用于諸如新DVD后面的防盜射頻識別(RFID)標簽等設備中,目前有一個主要缺點:電路工作,它們首先必須加熱以將所有納米顆粒一起熔化成單根導線,使得不可能在廉價的塑料或紙上印刷電路。

  杜克研究人員的一項新研究表明,調整墨水中納米粒子的形狀可能只是消除了對熱量的需求。

  通過比較由不同形狀的銀納米結構制成的薄膜的電導率,研究人員發現電子通過銀納米線制成的薄膜比由其他形狀(如納米球或微薄片)制成的薄膜更容易拉鏈。實際上,電子很容易通過納米線薄膜流動,它們可以在印刷電路中起作用,而不需要將它們全部熔化在一起。

  “這種納米線的導電率比用于RFID標簽的印刷天線中更常用的銀納米粒子高4,000倍,”杜克大學化學助理教授Benjamin Wiley說。“因此,如果您使用納米線,那么您不必將印刷電路加熱到如此高的溫度,您可以使用更便宜的塑料或紙張。”

  “除了這些可以打印的銀納米線之外,我真的沒有別的想法,它只是導電,沒有任何后處理,”Wiley補充道。

  這些類型的印刷電子產品的應用可能遠遠超出智能包裝; 研究人員設想使用該技術制造太陽能電池,印刷顯示器,LED,觸摸屏,放大器,電池甚至一些植入式生物電子設備。結果于12月16日在線應用于ACS應用材料與接口。

  Wiley說,銀已經成為制造印刷電子產品的首選材料,并且最近出現了許多研究來測量具有不同形狀的銀納米結構的薄膜的電導率。然而,實驗變化使得形狀之間的直接比較變得困難,并且很少有報道將薄膜的導電性與所用銀的總質量聯系起來,這是使用昂貴材料時的重要因素。

  “我們希望從油墨中消除任何額外的材料,只是簡單地研究薄膜中的銀含量以及納米結構之間的接觸是唯一的變化來源,”最近Wiley實驗室的研究生Ian Stewart說道。 ACS論文的作者。

  斯圖爾特使用已知的配方烹飪具有不同形狀的銀納米結構,包括納米顆粒,微米薄片,短納米線和長納米線,并將這些納米結構與蒸餾水混合,制成簡單的“油墨”。然后,他發明了一種快速簡便的方法,可以使用幾乎任何實驗室提供的設備制作薄膜 - 玻璃載玻片和雙面膠帶。

  “我們用一個打孔器從雙面膠帶上切下水井并將它們粘在玻璃載玻片上,”斯圖爾特說。通過向每個膠帶“井”添加精確體積的墨水然后加熱孔 - 要么在相對較低的溫度下簡單地蒸發水或更高溫度以開始將結構熔化在一起 - 他創造了各種薄膜來測試。

  該團隊表示,他們對長納米線薄膜具有最高導電率并不感到驚訝。Wiley解釋說,電子通常很容易通過單個納米結構流動,但當它們必須從一個結構跳到下一個結構時會被卡住,而長納米線會大大減少電子必須使其“跳躍”的次數。

  但他們對改變的嚴重程度感到驚訝。“長銀納米線薄膜的電阻率比銀納米粒子低幾個數量級,僅比純銀高10倍,”斯圖爾特說。

  該團隊正在嘗試使用氣溶膠噴射器在可用電路中印刷銀納米線墨水。Wiley說,他們還想探索鍍銀銅納米線是否會產生相同的效果,銅納米線的生產成本比純銀納米線便宜得多。

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