Martin Thuo van de Iowa State University en het Ames Laboratory klikte door de fotogalerij voor een van zijn onderzoeksprojecten.

Wat dacht je van deze? Er was een roos met metalen sporen gedrukt op een delicaat bloemblad. Of dit? Een gekruld vel papier met een flexibele, programmeerbare LED-display. Misschien dit? Een gelatinecilinder met metalen sporen over de bovenkant gedrukt.

Al die foto's toonden de nieuwste toepassing van onderkoelde metaaltechnologie ontwikkeld door Thuo en zijn onderzoeksgroep. De technologie maakt gebruik van vloeibaar metaal (in dit geval Field's metaal, een legering van bismut, indium en tin) gevangen onder het smeltpunt in gepolijst, oxide schelpen, het creëren van deeltjes met een diameter van ongeveer 10 miljoenste van een meter.

Wanneer de schelpen worden gebroken - met mechanische druk of chemisch oplossen - stroomt het metaal binnenin en stolt, het creëren van een warmtevrije las of, in dit geval, geleidend afdrukken, metalen lijnen en sporen op allerlei materialen, alles van een betonnen muur tot een blad.

Dat kan allerlei toepassingen hebben, inclusief sensoren om de structurele integriteit van een gebouw of de groei van gewassen te meten. De technologie is ook getest in op papier gebaseerde afstandsbedieningen die veranderingen in elektrische stromen lezen wanneer het papier gebogen is. Ingenieurs testten de technologie ook door elektrische contacten voor zonnecellen te maken en geleidende lijnen op gelatine te zeefdrukken, een model voor zachte biologische weefsels, inclusief de hersenen.

"Dit werk rapporteert hittevrij, omgevingsfabricage van metalen geleidende verbindingen en sporen op alle soorten substraten, " Thuo en een team van onderzoekers schreven in een paper waarin de technologie werd beschreven die onlangs online door het tijdschrift is gepubliceerd Geavanceerde functionele materialen .

Thuo - een assistent-professor materiaalwetenschappen en techniek aan de staat Iowa, een medewerker van het Ames Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy en mede-oprichter van de Ames-startup SAFI-Tech Inc. die de vloeibaar-metaaldeeltjes commercialiseert, is de hoofdauteur. Co-auteurs zijn Andrew Martin, een voormalige student in het laboratorium van Thuo en nu een doctoraatsstudent in materiaalkunde en techniek in Iowa State; Boyce Chang, een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Californië, Berkeley, die zijn doctoraat behaalde in de staat Iowa; Zacharias Maarten, Dipak Paramanik en Ian Tevis, van SAFI-Tech; Christophe Frankiewicz, een mede-oprichter van Sep-All in Ames en een voormalig postdoctoraal onderzoeksmedewerker van de staat Iowa; en Souvik Kundu, een afgestudeerde student in de staat Iowa in elektrotechniek en computertechniek.

Het project werd ondersteund door startfondsen van universiteiten om Thuo's onderzoekslaboratorium in de staat Iowa op te richten, Thuo's Black &Veatch-faculteitsbeurs en een National Science Foundation Small Business Innovation Research-beurs.

Thuo zei dat hij het project drie jaar geleden lanceerde als een onderwijsoefening.

"Ik begon dit met bachelorstudenten, ' zei hij. 'Het leek me leuk om studenten zoiets te laten maken. Het is een heel nuttig leermiddel omdat je geen 2 miljoen vergelijkingen hoeft op te lossen om geavanceerde wetenschap te doen."

En toen de studenten eenmaal leerden een paar metaalbewerkingsgereedschappen te gebruiken, ze begonnen met het oplossen van enkele van de technische uitdagingen van flexibele, metalen elektronica.

"De studenten ontdekten manieren om met metaal om te gaan en dat groeide uit tot een miljoen ideeën, ' zei Thuo. 'En nu kunnen we niet meer stoppen.'

En dus hebben de onderzoekers geleerd hoe ze metaalsporen effectief kunnen binden aan alles, van waterafstotende rozenblaadjes tot waterige gelatine. Op basis van wat ze nu weten, Thuo zei dat het voor hen gemakkelijk zou zijn om metalen sporen op ijsblokjes of biologisch weefsel af te drukken.

Alle experimenten "onderstrepen de veelzijdigheid van deze aanpak, " schreven de onderzoekers in hun paper, "waardoor een veelvoud aan geleidende producten kan worden gefabriceerd zonder het basismateriaal te beschadigen."