Production plus rapide d'avancées, l'électronique flexible fait partie des avantages potentiels d'une découverte par des chercheurs du College of Engineering de l'Oregon State University.

Approfondir le frittage photonique des films de nanoparticules d'argent - l'utilisation d'une lumière pulsée intense, ou IPL, pour fusionner rapidement des nanoparticules conductrices fonctionnelles, les scientifiques ont découvert une relation entre la température du film et la densification. La densification en IPL augmente la densité d'un film ou d'un motif de nanoparticules, avec une plus grande densité conduisant à des améliorations fonctionnelles telles qu'une plus grande conductivité électrique.

Les ingénieurs ont trouvé un tournant de température dans l'IPL malgré aucun changement dans l'énergie de pulsation, et a découvert que ce tournant apparaît parce que la densification pendant l'IPL réduit la capacité des nanoparticules à absorber davantage d'énergie de la lumière.

Cette interaction auparavant inconnue entre l'absorption optique et la densification crée une nouvelle compréhension de la raison pour laquelle la densification se stabilise après le tournant de la température dans l'IPL, et permet en outre une grande surface, IPL à grande vitesse pour réaliser son plein potentiel en tant que processus de fabrication évolutif et efficace.

Rajiv Malhotra, professeur assistant de génie mécanique à l'OSU, et l'étudiant diplômé Shalu Bansal a mené la recherche. Les résultats ont été publiés récemment dans Nanotechnologie .

"Pour certaines applications, nous voulons avoir une densité maximale possible, " dit Malhotra. " Pour certains, non. Ainsi, il devient important de contrôler la densification du matériau. Étant donné que la densification dans l'IPL dépend de manière significative de la température, il est important de comprendre et de contrôler l'évolution de la température au cours du processus. Cette recherche peut conduire à un meilleur contrôle des processus et à une meilleure conception des équipements en IPL. »

Le frittage à lumière pulsée intense permet une densification plus rapide - en quelques secondes - sur de plus grandes surfaces par rapport aux procédés de frittage conventionnels tels que les procédés au four et au laser. L'IPL peut potentiellement être utilisé pour fritter des nanoparticules pour des applications en électronique imprimée, cellules solaires, détection de gaz et photocatalyse.

Des recherches antérieures ont montré que la densification des nanoparticules commence au-dessus d'une fluence optique critique par impulsion, mais qu'elle ne change pas de manière significative au-delà d'un certain nombre d'impulsions.

Cette étude de l'OSU explique pourquoi, pour une fluence constante, il existe un nombre critique d'impulsions au-delà duquel la densification se stabilise.

"La stabilisation de la densité se produit même s'il n'y a pas eu de changement dans l'énergie optique et même si la densification n'est pas complète, " a déclaré Malhotra. " Cela se produit en raison de l'histoire de la température du film de nanoparticules, c'est-à-dire le point de retournement de la température. La combinaison de la fluence et des impulsions doit être soigneusement étudiée pour s'assurer que vous obtenez la densité de film que vous souhaitez."

Un plus petit nombre d'impulsions à haute fluence produit rapidement une haute densité. Pour un meilleur contrôle de la densité, un plus grand nombre d'impulsions à faible fluence est nécessaire.

"Nous avons fritté en environ 20 secondes avec une température maximale d'environ 250 degrés Celsius dans ce travail, " Malhotra. " Des travaux plus récents que nous avons effectués peuvent fritter en moins de deux secondes et à des températures beaucoup plus basses, jusqu'à environ 120 degrés Celsius. Une température plus basse est essentielle à la fabrication de composants électroniques flexibles. Pour réduire les coûts, nous voulons imprimer ces électroniques flexibles sur des substrats comme le papier et le plastique, qui brûlerait ou fondrait à des températures plus élevées. En utilisant IPL, nous devrions être en mesure de créer des processus de production à la fois plus rapides et moins chers, sans perte de qualité du produit."

Des produits qui pourraient évoluer à partir de la recherche, Malhotra a dit, sont des étiquettes d'identification par radiofréquence, une large gamme d'électronique flexible, capteurs biomédicaux portables, et des dispositifs de détection pour des applications environnementales.