En suspendant de minuscules nanoparticules métalliques dans des liquides, Les scientifiques de l'Université Duke préparent des "encres" conductrices pour imprimantes à jet d'encre pour imprimer à moindre coût, motifs de circuits personnalisables sur à peu près n'importe quelle surface.

Electronique imprimée, qui sont déjà utilisés à grande échelle dans des dispositifs tels que les étiquettes d'identification par radiofréquence (RFID) antivol que vous pourriez trouver au dos de nouveaux DVD, présentent actuellement un inconvénient majeur :pour que les circuits fonctionnent, ils doivent d'abord être chauffés pour fondre toutes les nanoparticules ensemble en un seul fil conducteur, rendant impossible l'impression de circuits sur des plastiques ou du papier bon marché.

Une nouvelle étude menée par des chercheurs de Duke montre que la modification de la forme des nanoparticules dans l'encre pourrait tout simplement éliminer le besoin de chaleur.

En comparant la conductivité de films fabriqués à partir de différentes formes de nanostructures d'argent, les chercheurs ont découvert que les électrons traversent des films constitués de nanofils d'argent beaucoup plus facilement que des films fabriqués à partir d'autres formes, comme les nanosphères ou les microflocons. En réalité, les électrons traversaient si facilement les films de nanofils qu'ils pouvaient fonctionner dans des circuits imprimés sans avoir besoin de les fondre tous ensemble.

"Les nanofils avaient un 4, Une conductivité 000 fois plus élevée que les nanoparticules d'argent les plus couramment utilisées que l'on trouverait dans les antennes imprimées pour les tags RFID, " a déclaré Benjamin Wiley, professeur adjoint de chimie à Duke. « Donc, si vous utilisez des nanofils, alors vous n'avez pas besoin de chauffer les circuits imprimés à une température aussi élevée et vous pouvez utiliser des plastiques ou du papier moins chers."

"Il n'y a vraiment rien d'autre auquel je puisse penser à part ces nanofils d'argent que vous pouvez simplement imprimer et c'est simplement conducteur, sans aucun post-traitement, " ajouta Wiley.

Ces types d'électronique imprimée pourraient avoir des applications bien au-delà des emballages intelligents; les chercheurs envisagent d'utiliser la technologie pour fabriquer des cellules solaires, présentoirs imprimés, LED, écrans tactiles, amplificateurs, batteries et même certains dispositifs bioélectroniques implantables. Les résultats sont apparus en ligne le 16 décembre dans Matériaux et interfaces appliqués ACS .

L'argent est devenu un matériau de prédilection pour la fabrication d'électronique imprimée, Wiley a dit, et un certain nombre d'études sont récemment apparues mesurant la conductivité de films avec différentes formes de nanostructures d'argent. Cependant, les variations expérimentales rendent difficiles les comparaisons directes entre les formes, et peu de rapports ont lié la conductivité des films à la masse totale d'argent utilisée, un facteur important lorsque l'on travaille avec un matériau coûteux.

"Nous voulions éliminer tous les matériaux supplémentaires des encres et simplement affiner la quantité d'argent dans les films et les contacts entre les nanostructures comme seule source de variabilité, " a déclaré Ian Stewart, un récent étudiant diplômé du laboratoire de Wiley et premier auteur de l'article de l'ACS.

Stewart a utilisé des recettes connues pour préparer des nanostructures d'argent de différentes formes, y compris les nanoparticules, microflocons, et des nanofils courts et longs, et mélangé ces nanostructures avec de l'eau distillée pour faire de simples "encres". Il a ensuite inventé un moyen rapide et facile de fabriquer des films minces à l'aide d'équipements disponibles dans à peu près n'importe quel laboratoire :des lames de verre et du ruban adhésif double face.

« Nous avons utilisé une perforatrice pour découper des puits dans du ruban adhésif double face et les avons collés sur des lames de verre, " a déclaré Stewart. En ajoutant un volume précis d'encre dans chaque "puits" de bande, puis en chauffant les puits - soit à une température relativement basse pour simplement évaporer l'eau, soit à des températures plus élevées pour commencer à faire fondre les structures ensemble - il a créé une variété de films tester.

L'équipe dit qu'elle n'a pas été surprise que les longs films de nanofils aient la conductivité la plus élevée. Les électrons circulent généralement facilement à travers les nanostructures individuelles mais restent bloqués lorsqu'ils doivent passer d'une structure à l'autre, Wiley a expliqué, et les longs nanofils réduisent considérablement le nombre de fois que les électrons doivent faire ce "saut".

Mais ils ont été surpris de voir à quel point le changement était drastique. "La résistivité des longs films de nanofils d'argent est de plusieurs ordres de grandeur inférieure à celle des nanoparticules d'argent et seulement 10 fois supérieure à celle de l'argent pur, ", a déclaré Stewart.

L'équipe expérimente maintenant l'utilisation de jets d'aérosols pour imprimer des encres à nanofils d'argent dans des circuits utilisables. Wiley dit qu'ils veulent également explorer si les nanofils de cuivre recouverts d'argent, qui sont nettement moins chers à produire que les nanofils d'argent pur, donnera le même effet.