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  • Electronique de nouvelle génération :élargir les possibilités avec les nanofils d'argent

    (L) Illustration schématique d'un nanofil d'argent avec lisse, coquille d'or ultrafine, (R) Illustration schématique d'un nanofil d'argent recouvert d'or avec "gravure, " ou la formation de pores. Crédit :Laboratoire Khademhosseini

    Les technologies nanométriques d'aujourd'hui sont suffisamment sophistiquées pour être appliquées dans un nombre infini d'appareils utiles, des capteurs dans les appareils à écran tactile et les appareils ménagers aux biocapteurs portables qui peuvent surveiller les niveaux de produits chimiques dans notre sang, mouvement musculaire, la respiration et le pouls. En outre, il existe des technologies pour les appareils de précision tels que les microscopes à sonde à balayage haute résolution qui permettent de visualiser les surfaces non seulement au niveau atomique, mais même les atomes individuels eux-mêmes.

    Ces dispositifs utilisent généralement des électrodes qui sont fabriquées en appliquant de minces revêtements de matériaux conducteurs sur des substrats en verre ou en céramique. Cependant, ces types d'électrodes sont fragiles et manquent de souplesse, et ils peuvent impliquer des matériaux coûteux et limités ainsi que des méthodes de fabrication difficiles.

    Un matériau alternatif qui reçoit beaucoup d'attention est les nanofils d'argent; ces fils ont de très petits diamètres (aussi petits qu'un millième de millimètre) et peuvent être fabriqués en diverses formes et configurations de section transversale. Ils sont également inégalés en conductivité, ont une résistance mécanique et une flexibilité supérieures et peuvent être facilement synthétisés avec des matériaux facilement disponibles. Ces qualités et la polyvalence des nanofils d'argent les rendent particulièrement attrayants non seulement pour de nombreux appareils électroniques couramment utilisés, mais aussi pour les innovations en électronique flexible, tels que les téléphones portables flexibles et les tablettes, panneaux solaires ou cellules solaires bon marché qui peuvent être fabriqués sur du papier peint ou des vêtements.

    Les nanofils d'argent ont été utilisés avec succès comme électrodes dans divers appareils électroniques; cependant, leur utilisation commerciale a été entravée par leur vulnérabilité aux effets corrosifs de la chaleur, léger, et l'humidité. Une telle corrosion peut entraîner des piqûres et des trous ou une "gravure" sur la surface du nanofil, ce qui affecte négativement leur électricité, mécanique, et les propriétés optiques. La gravure peut être très préjudiciable aux performances des dispositifs à base de nanofils d'argent et peut même conduire à leur défaillance.

    Des tentatives antérieures ont été faites pour fabriquer des coques de protection autour de nanofils d'argent. En une tentative, un polymère mince a été déposé sur un substrat en tant que barrière de nanofils. De fines coques protectrices en métal ou en carbone ont également été développées sur les surfaces des nanofils. Cela a augmenté la longévité et les performances des nanofils d'argent utilisés comme électrodes transparentes; cependant, les surfaces de la coque n'avaient pas la douceur uniforme nécessaire pour des appareils de plus haute précision.

    Des chercheurs du Terasaki Institute for Biomedical Innovation (TIBI) ont développé avec succès une méthode de fabrication de coques ultrafines autour de nanofils d'argent, résultant en une stabilité et une efficacité supérieures.

    Ils ont d'abord choisi l'or pour leurs coques de protection en raison de sa résistance à la chaleur, léger, et l'humidité. Sa structure est également similaire à celle de l'argent, ce qui facilite la croissance de couches ultrafines d'or sur les surfaces des nanofils d'argent. Cependant, il y a une mise en garde :il peut exister des atomes d'or chargés qui peuvent réagir avec l'argent lui-même, former des trous ou des pores, ce qui serait nettement problématique. L'équipe TIBI a résolu ce problème en choisissant un produit chimique à complexer avec les atomes d'or chargés; cela a efficacement supprimé la formation de pores.

    L'équipe a ensuite développé une température ambiante, méthode de fabrication basée sur des solutions qui offrait une configuration facile et directe, étapes évolutives. En outre, leur méthode a permis l'ajustement des temps de réaction et des mélanges pour contrôler l'épaisseur des couches d'or déposées.

    Ils ont synthétisé des nanofils d'argent en combinant des solutions et en permettant aux nanofils de croître et de cristalliser. La solution d'or, qui contenait des produits chimiques expérimentalement optimisés pour éliminer la gravure et pour aider au dépôt en douceur des couches d'or, a ensuite été introduit. Ils ont également optimisé les conditions expérimentales pour améliorer la stabilité chimique des nanofils.

    Les nanofils d'argent résultants avaient des propriétés bien définies, trois couches d'or d'épaisseur nanométrique, avec des surfaces lisses, exempt de gravure. Ils présentaient également une interface argent-or stabilisante, ce qui est impératif pour préserver les propriétés optiques et électriques des nanofils.

    « Nous avons examiné tous les défis possibles dans la conception d'une méthode efficace pour augmenter la longévité des dispositifs à base de nanofils d'argent, " dit Yangzhi Zhu, Doctorat., premier auteur du projet. "Nos données montrent clairement que nous avons été en mesure de créer des solutions efficaces à ces défis."

    L'équipe TIBI a ensuite mené des expériences pour évaluer la durabilité des nanofils d'argent recouverts d'or et non traités. Lorsque les nanofils ont été exposés à l'air ; les nanofils d'argent non revêtus ont été fortement endommagés et se sont détériorés au bout de dix jours. Les nanofils recouverts d'or sont restés inchangés même après six mois. Des résultats similaires ont été obtenus après que les deux nanofils aient été exposés aux effets néfastes du peroxyde d'hydrogène et des submersions salines tamponnées au sodium.

    Dans les tests de performance des électrodes transparentes flexibles, les deux nanofils ont été exposés à une chaleur et une humidité élevées ; les nanofils non enrobés ont échoué après 12 jours, mais les performances des nanofils d'argent recouverts d'or étaient comparables à celles des nanofils commerciaux les plus performants.

    Dans les tests de performance sur les appareils optiques, les nanofils recouverts d'or ont démontré des performances élevées à 21 jours. En revanche, les nanofils d'argent non traités ont montré une efficacité réduite en une semaine et ont finalement échoué. Par ailleurs, les tests ont montré qu'aucun bruit de fond supplémentaire n'était introduit par les coques en or.

    Dans le même laps de temps, les nanofils recouverts d'or ont présenté des résultats supérieurs lorsqu'ils ont été testés en microscopie à sonde à balayage haute résolution, offrant des images de haute qualité inébranlables. En revanche, la qualité de l'image des nanofils non traités a progressivement diminué jusqu'à ce que l'appareil tombe en panne. Ce sont des réalisations notables, car ce type de microscopie implique des niveaux élevés de contraintes mécaniques et la stabilité des nanofils est cruciale.

    « Il y a de nombreux avantages à utiliser des nanofils d'argent dans d'innombrables appareils, donc la capacité d'améliorer leurs performances et leur durabilité crée un grand impact, " a déclaré Ali Khademhosseini, Doctorat., Directeur et PDG de TIBI. "Les méthodes que nous avons conçues pour y parvenir illustrent la qualité du travail de notre institut."

    Les détails de la recherche ont été publiés dans Nano-recherche .


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