Alors que la Statue de la Liberté et les vieux centimes peuvent continuer à virer au vert, l'électronique imprimée et les écrans multimédias en nanofils de cuivre garderont toujours leur couleur d'origine.

Les chimistes de l'Université Duke ont créé un nouvel ensemble de flexibles, nanofils électriquement conducteurs à partir de brins minces d'atomes de cuivre mélangés à du nickel. Les nanofils de cuivre-nickel, sous forme de film, conduire l'électricité même dans des conditions qui interrompent le transfert d'électrons dans les nanofils d'argent et de cuivre simples, une nouvelle étude montre.

Parce que les films fabriqués avec des nanofils de cuivre-nickel sont stables et sont relativement peu coûteux à créer, ils sont une option intéressante à utiliser dans l'électronique imprimée, des produits comme le papier électronique, packaging intelligent et vêtements interactifs, dit Benjamin Wiley, professeur adjoint de chimie à Duke. Son équipe décrit les nouveaux nanofils dans un NanoLettres article publié en ligne le 29 mai.

Les nouveaux nanofils de cuivre-nickel sont le dernier nanomatériau développé par le laboratoire de Wiley comme alternative possible à faible coût à l'oxyde d'indium et d'étain, ou ITO. Ce matériau est enduit sur du verre pour former la couche conductrice transparente dans les écrans d'affichage des téléphones portables, liseuses et iPads.

Indium, à 600 $ - 800 $ le kilogramme, est une terre rare chère. La majeure partie est extraite et exportée de Chine, qui réduit les exportations, provoquant une augmentation du prix de l'indium. L'oxyde d'indium-étain se dépose sous forme de vapeur d'une manière relativement lente, processus de revêtement coûteux, ajoutant à son coût. Et le film est cassant, ce qui est l'une des principales raisons pour lesquelles les tampons de signature dans les lignes de caisse des épiceries finissent par échouer et pourquoi il n'y a pas encore de flexible, iPad enroulable.

L'année dernière, Le laboratoire de Wiley a créé des films de nanofils de cuivre qui peuvent être déposés à partir d'un liquide de manière rapide, procédé de revêtement peu coûteux. Ces films conducteurs sont beaucoup plus flexibles que le film ITO actuel. Le cuivre est également mille fois plus abondant et cent fois moins cher que l'indium. Un problème avec les films de nanofils de cuivre, cependant, est qu'ils ont une teinte orange qui ne serait pas souhaitable dans un écran d'affichage. Les films à base de cuivre s'oxydent également progressivement lorsqu'ils sont exposés à l'air, souffrant de la même réaction chimique qui fait verdir la Statue de la Liberté ou un vieux sou, dit Wiley.

Nickel, cependant, vire rarement au vert. Inspiré de la pièce américaine de cinq cents, Wiley s'est demandé s'il pouvait empêcher l'oxydation des nanofils de cuivre en ajoutant du nickel. Lui et son étudiant diplômé, Aaron Rathmell, a développé une méthode de mélange de nickel dans les nanofils de cuivre en les chauffant dans une solution de sel de nickel.

« En quelques minutes, les nanofils deviennent beaucoup plus gris, " dit Wiley.

Rathmell et Wiley ont ensuite cuit les nouveaux nanofils à différentes températures pour tester combien de temps ils conduisent l'électricité et résistent à l'oxydation. Les tests montrent que les films de nanofils de cuivre-nickel devraient rester dans l'air à température ambiante pendant 400 ans avant de perdre 50 % de leur conductivité électrique. Les nanofils d'argent perdraient la moitié de leur conductivité en 36 mois dans les mêmes conditions. Les nanofils de cuivre simples ne dureraient que 3 mois.

Alors que les nanofils de cuivre-nickel se comparent à l'argent et au cuivre seuls, ils ne remplaceront pas de sitôt l'oxyde d'indium-étain dans les écrans plats, Wiley a dit, expliquant cela, pour les films avec une transparence similaire, les films de nanofils de cuivre-nickel ne peuvent pas encore conduire la même quantité d'électricité que l'ITO. "Au lieu, nous nous concentrons actuellement sur des applications où ITO ne peut pas aller, comme l'électronique imprimée, " il a dit.

La plus grande stabilité des nanofils de cuivre-nickel en fait une meilleure alternative au cuivre et à l'argent pour les applications qui nécessitent un niveau de conductivité électrique stable pendant plus de quelques années, ce qui est important pour certaines applications d'électronique imprimée, dit Wiley.

Il a expliqué que l'électronique imprimée combine des encres conductrices ou électroniquement actives avec les procédés d'impression qui font les magazines, conceptions d'emballages de consommation et de vêtements. Le faible coût et la grande vitesse de ces procédés d'impression les rendent attractifs pour la production de cellules solaires, LED, emballages et vêtements en plastique.