Nanoparticules et nanofils d'argent sphériques après fusion par des impulsions lumineuses intenses. Crédit :Rajiv Malhotra/Université Rutgers-Nouveau-Brunswick
Des ingénieurs de l'Université Rutgers-Nouveau-Brunswick et de l'Université d'État de l'Oregon développent une nouvelle méthode de traitement des nanomatériaux qui pourrait conduire à une fabrication plus rapide et moins coûteuse de dispositifs à couche mince flexibles - des écrans tactiles aux revêtements de fenêtre, selon une nouvelle étude.
La méthode de "frittage à lumière pulsée intense" utilise une lumière à haute énergie sur une zone de près de 7, 000 fois plus gros qu'un laser pour fusionner des nanomatériaux en quelques secondes. Les nanomatériaux sont des matériaux caractérisés par leur petite taille, mesuré en nanomètres. Un nanomètre est un millionième de millimètre, ou environ 100, 000 fois plus petit que le diamètre d'un cheveu humain.
La méthode existante de fusion de lumière pulsée utilise des températures d'environ 250 degrés Celsius (482 degrés Fahrenheit) pour fusionner des nanosphères d'argent dans des structures conductrices d'électricité. Mais la nouvelle étude, Publié dans Avances RSC et dirigé par Michael Dexter, doctorant à la Rutgers School of Engineering, ont montré que la fusion à 150 degrés Celsius (302 degrés Fahrenheit) fonctionne bien tout en conservant la conductivité des nanomatériaux d'argent fondus.
L'exploit des ingénieurs a commencé avec des nanomatériaux d'argent de différentes formes :longs, des tiges minces appelées nanofils en plus des nanosphères. La forte baisse de température nécessaire à la fusion permet d'utiliser à faible coût, substrats plastiques sensibles à la température comme le polyéthylène téréphtalate (PET) et le polycarbonate dans les dispositifs flexibles, sans les endommager.
"Le frittage par lumière pulsée des nanomatériaux permet une fabrication très rapide de dispositifs flexibles pour des économies d'échelle, " a déclaré Rajiv Malhotra, l'auteur principal de l'étude et professeur adjoint au Département de génie mécanique et aérospatial de Rutgers-Nouveau-Brunswick. "Notre innovation étend cette capacité en permettant l'utilisation de substrats moins chers sensibles à la température."
Fusionner, ou frittage, nanoparticules en les exposant à des impulsions de lumière intense provenant d'une lampe au xénon. Crédit :Rajiv Malhotra/Université Rutgers-Nouveau-Brunswick
Les nanomatériaux d'argent fondus sont utilisés pour conduire l'électricité dans des dispositifs tels que les étiquettes d'identification par radiofréquence (RFID), dispositifs d'affichage et cellules solaires. Les formes flexibles de ces produits reposent sur la fusion de nanomatériaux conducteurs sur des substrats flexibles, ou plateformes, comme les plastiques et autres polymères.
"La prochaine étape est de voir si d'autres formes de nanomatériaux, y compris les flocons plats et les triangles, entraînera des températures de fusion encore plus basses, " a déclaré Malhotra.
Dans une autre étude, Publié dans Rapports scientifiques , les ingénieurs de Rutgers et de l'Oregon State ont démontré le frittage par lumière pulsée de nanoparticules de sulfure de cuivre, un semi-conducteur, pour réaliser des films de moins de 100 nanomètres d'épaisseur.
« Nous avons pu effectuer cette fusion en deux à sept secondes par rapport aux minutes ou aux heures qu'il faut normalement maintenant, " dit Malhotra, l'auteur principal de l'étude. "Nous avons également montré comment utiliser le processus de fusion de lumière pulsée pour contrôler les propriétés électriques et optiques du film."
Leur découverte pourrait accélérer la fabrication de films minces de sulfure de cuivre utilisés dans les revêtements de fenêtres qui contrôlent la lumière infrarouge solaire, transistors et interrupteurs, selon l'étude. Ce travail a été financé par la National Science Foundation et la Walmart Manufacturing Innovation Foundation.
