Terwijl het Vrijheidsbeeld en oude centen misschien groen blijven worden, gedrukte elektronica en mediaschermen gemaakt van koperen nanodraden behouden altijd hun oorspronkelijke kleur.

Chemici van Duke University creëerden een nieuwe reeks flexibele, elektrisch geleidende nanodraden van dunne strengen koperatomen vermengd met nikkel. De koper-nikkel nanodraden, in de vorm van een film, elektriciteit geleiden, zelfs onder omstandigheden die de overdracht van elektronen in gewone zilveren en koperen nanodraden afbreken, blijkt uit een nieuwe studie.

Omdat films gemaakt met koper-nikkel nanodraden stabiel en relatief goedkoop te maken zijn, ze zijn een aantrekkelijke optie om te gebruiken in gedrukte elektronica, producten zoals elektronisch papier, slimme verpakkingen en interactieve kleding, zei Benjamin Wiley, een assistent-professor scheikunde aan Duke. Zijn team beschrijft de nieuwe nanodraden in een NanoLetters paper online gepubliceerd op 29 mei.

De nieuwe koper-nikkel nanodraden zijn het nieuwste nanomateriaal dat Wiley's lab heeft ontwikkeld als een mogelijk goedkoop alternatief voor indiumtinoxide, of ITO. Dit materiaal is gecoat op glas om de transparante geleidende laag te vormen in de beeldschermen van mobiele telefoons, e-readers en iPads.

Indium, voor $ 600 - $ 800 per kilogram, is een duur zeldzaam-aarde-element. Het meeste wordt gewonnen en geëxporteerd uit China, die de export vermindert, waardoor de prijs van indium stijgt. Indiumtinoxide wordt als damp afgezet in een relatief langzame, duur coatingproces, toe te voegen aan de kosten ervan. En de film is broos, wat een belangrijke reden is waarom de kenmerkende pads bij de kassa's van supermarkten uiteindelijk falen en waarom er nog geen flexibele, oprolbare iPad.

Vorig jaar, Wiley's lab heeft koperen nanodraadfilms gemaakt die in een snelle, goedkoop coatingproces. Deze geleidende films zijn veel flexibeler dan de huidige ITO-film. Koper is ook duizend keer overvloediger en honderd keer goedkoper dan indium. Een probleem met koperen nanodraadfilms, echter, is dat ze een oranje tint hebben die niet wenselijk zou zijn in een beeldscherm. De op koper gebaseerde films oxideren ook geleidelijk wanneer ze worden blootgesteld aan lucht, lijden aan dezelfde chemische reactie die het Vrijheidsbeeld of een oude cent groen maakt, zei Wiley.

Nikkels, echter, zelden groen. Geïnspireerd door het Amerikaanse stuk van vijf cent, Wiley vroeg zich af of hij oxidatie van de koperen nanodraden kon voorkomen door nikkel toe te voegen. Hij en zijn afgestudeerde student, Aaron Ratmel, ontwikkelde een methode om nikkel in de koperen nanodraden te mengen door ze te verwarmen in een nikkelzoutoplossing.

"Binnen een paar minuten, de nanodraden worden veel grijzer van kleur, ' zei Willy.

Rathmell en Wiley bakten vervolgens de nieuwe nanodraden bij verschillende temperaturen om te testen hoe lang ze elektriciteit geleiden en weerstand boden tegen oxidatie. De tests tonen aan dat de koper-nikkel-nanodraadfilms 400 jaar in de lucht bij kamertemperatuur moeten blijven voordat ze 50 procent van hun elektrische geleidbaarheid verliezen. Zilveren nanodraden zouden onder dezelfde omstandigheden in 36 maanden de helft van hun geleidbaarheid verliezen. Gewone koperen nanodraden zouden slechts 3 maanden meegaan.

Terwijl de koper-nikkel nanodraden zich opstapelen tegen zilver en koper alleen, ze zullen indium-tin-oxide in platte beeldschermen niet snel vervangen, Wiley zei, dat uitleggen, voor films met vergelijkbare transparantie, koper-nikkel nanodraadfilms kunnen nog niet dezelfde hoeveelheid elektriciteit geleiden als ITO. "In plaats daarvan, we concentreren ons momenteel op toepassingen waar ITO niet heen kan, zoals gedrukte elektronica, " hij zei.

De grotere stabiliteit van koper-nikkel nanodraden maakt ze een beter alternatief voor zowel koper als zilver voor toepassingen die een stabiel niveau van elektrische geleidbaarheid vereisen gedurende meer dan een paar jaar, wat belangrijk is voor bepaalde gedrukte elektronische toepassingen, zei Wiley.

Hij legde uit dat gedrukte elektronica geleidende of elektronisch actieve inkten combineert met de drukprocessen die tijdschriften maken, consumentenverpakkingen en kledingontwerpen. De lage kosten en hoge snelheid van deze printprocessen maken ze aantrekkelijk voor de productie van zonnecellen, LED's, plastic verpakkingen en kleding.