杜克大學(xué)的科學(xué)家正在釀造導(dǎo)電噴墨打印機(jī)“墨水”

通過(guò)將微小的金屬納米顆粒懸浮在液體中，杜克大學(xué)的科學(xué)家正在釀造導(dǎo)電噴墨打印機(jī)“墨水”，以便在幾乎任何表面上打印廉價(jià)，可定制的電路圖案。

印刷電子產(chǎn)品已廣泛用于諸如新DVD后面的防盜射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)簽等設(shè)備中，目前有一個(gè)主要缺點(diǎn)：電路工作，它們首先必須加熱以將所有納米顆粒一起熔化成單根導(dǎo)線，使得不可能在廉價(jià)的塑料或紙上印刷電路。

杜克研究人員的一項(xiàng)新研究表明，調(diào)整墨水中納米粒子的形狀可能只是消除了對(duì)熱量的需求。

通過(guò)比較由不同形狀的銀納米結(jié)構(gòu)制成的薄膜的電導(dǎo)率，研究人員發(fā)現(xiàn)電子通過(guò)銀納米線制成的薄膜比由其他形狀(如納米球或微薄片)制成的薄膜更容易拉鏈。實(shí)際上，電子很容易通過(guò)納米線薄膜流動(dòng)，它們可以在印刷電路中起作用，而不需要將它們?nèi)咳刍谝黄稹?/p>

“這種納米線的導(dǎo)電率比用于RFID標(biāo)簽的印刷天線中更常用的銀納米粒子高4,000倍，”杜克大學(xué)化學(xué)助理教授Benjamin Wiley說(shuō)?！耙虼?，如果您使用納米線，那么您不必將印刷電路加熱到如此高的溫度，您可以使用更便宜的塑料或紙張?！?/p>

“除了這些可以打印的銀納米線之外，我真的沒(méi)有別的想法，它只是導(dǎo)電，沒(méi)有任何后處理，”Wiley補(bǔ)充道。

這些類(lèi)型的印刷電子產(chǎn)品的應(yīng)用可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出智能包裝; 研究人員設(shè)想使用該技術(shù)制造太陽(yáng)能電池，印刷顯示器，LED，觸摸屏，放大器，電池甚至一些植入式生物電子設(shè)備。結(jié)果于12月16日在線應(yīng)用于ACS應(yīng)用材料與接口。

Wiley說(shuō)，銀已經(jīng)成為制造印刷電子產(chǎn)品的首選材料，并且最近出現(xiàn)了許多研究來(lái)測(cè)量具有不同形狀的銀納米結(jié)構(gòu)的薄膜的電導(dǎo)率。然而，實(shí)驗(yàn)變化使得形狀之間的直接比較變得困難，并且很少有報(bào)道將薄膜的導(dǎo)電性與所用銀的總質(zhì)量聯(lián)系起來(lái)，這是使用昂貴材料時(shí)的重要因素。

“我們希望從油墨中消除任何額外的材料，只是簡(jiǎn)單地研究薄膜中的銀含量以及納米結(jié)構(gòu)之間的接觸是唯一的變化來(lái)源，”最近Wiley實(shí)驗(yàn)室的研究生Ian Stewart說(shuō)道。 ACS論文的作者。

斯圖爾特使用已知的配方烹飪具有不同形狀的銀納米結(jié)構(gòu)，包括納米顆粒，微米薄片，短納米線和長(zhǎng)納米線，并將這些納米結(jié)構(gòu)與蒸餾水混合，制成簡(jiǎn)單的“油墨”。然后，他發(fā)明了一種快速簡(jiǎn)便的方法，可以使用幾乎任何實(shí)驗(yàn)室提供的設(shè)備制作薄膜 - 玻璃載玻片和雙面膠帶。

“我們用一個(gè)打孔器從雙面膠帶上切下水井并將它們粘在玻璃載玻片上，”斯圖爾特說(shuō)。通過(guò)向每個(gè)膠帶“井”添加精確體積的墨水然后加熱孔 - 要么在相對(duì)較低的溫度下簡(jiǎn)單地蒸發(fā)水或更高溫度以開(kāi)始將結(jié)構(gòu)熔化在一起 - 他創(chuàng)造了各種薄膜來(lái)測(cè)試。

該團(tuán)隊(duì)表示，他們對(duì)長(zhǎng)納米線薄膜具有最高導(dǎo)電率并不感到驚訝。Wiley解釋說(shuō)，電子通常很容易通過(guò)單個(gè)納米結(jié)構(gòu)流動(dòng)，但當(dāng)它們必須從一個(gè)結(jié)構(gòu)跳到下一個(gè)結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)被卡住，而長(zhǎng)納米線會(huì)大大減少電子必須使其“跳躍”的次數(shù)。

但他們對(duì)改變的嚴(yán)重程度感到驚訝?！伴L(zhǎng)銀納米線薄膜的電阻率比銀納米粒子低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，僅比純銀高10倍，”斯圖爾特說(shuō)。

該團(tuán)隊(duì)正在嘗試使用氣溶膠噴射器在可用電路中印刷銀納米線墨水。Wiley說(shuō)，他們還想探索鍍銀銅納米線是否會(huì)產(chǎn)生相同的效果，銅納米線的生產(chǎn)成本比純銀納米線便宜得多。