Elektronische touchpads die slechts een paar dollar kosten en zonnecellen die hetzelfde kosten als dakshingles zijn tegenwoordig een stap dichter bij de realiteit.

Onderzoekers van het College of Science and Engineering van de Universiteit van Minnesota en het National Renewable Energy Laboratory in Golden, kleur, technische hindernissen hebben overwonnen in de zoektocht naar goedkope, duurzame elektronica en zonnecellen gemaakt met niet-giftige chemicaliën. Het onderzoek is gepubliceerd in het meest recente nummer van Natuurcommunicatie , een internationaal online onderzoekstijdschrift.

"Stel je een wereld voor waarin elk kind in een ontwikkelingsland kan leren lezen en rekenen vanaf een touchpad dat minder dan $ 10 kost, of zonnecellen voor thuis die uiteindelijk minder kosten dan fossiele brandstoffen, " zei Uwe Kortshagen, een professor in werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Minnesota en een van de co-auteurs van het artikel.

Het onderzoeksteam ontdekte een nieuwe technologie om een ​​gespecialiseerd type inkt te produceren uit niet-giftige siliciumkristallen van nanometerformaat, vaak "elektronische inkt" genoemd. Deze "elektronische inkt" zou goedkope elektronische apparaten kunnen produceren met technieken die het in wezen op goedkope vellen plastic afdrukken.

"Dit proces voor het produceren van elektronica is bijna als het zeefdrukken van een nummer op een softbalshirt, " zei Lance Wheeler, een Universiteit van Minnesota werktuigbouwkunde Ph.D. student en hoofdauteur van het onderzoek.

Maar het is niet zo gemakkelijk. Wheeler, Kortshagen en de rest van het onderzoeksteam ontwikkelden een methode om fundamentele problemen van elektronische siliciuminkten op te lossen.

Eerst, er is een alomtegenwoordige behoefte aan organische "zeepachtige" moleculen, liganden genoemd, die nodig zijn om inkten te produceren met een goede houdbaarheid, maar deze moleculen veroorzaken na het printen schadelijke residuen in de films. Dit leidt tot films met te slechte elektrische eigenschappen voor elektronische apparaten. Tweede, nanodeeltjes worden vaak opzettelijk geïmplanteerd met onzuiverheden, een proces genaamd "doping, " om hun elektrische eigenschappen te verbeteren.

In deze nieuwe krant onderzoekers leggen een nieuwe methode uit om een ​​geïoniseerd gas te gebruiken, niet-thermisch plasma genoemd, om niet alleen silicium nanokristallen te produceren, maar ook om hun oppervlakken te bedekken met een laag chlooratomen. Deze oppervlaktelaag van chloor induceert een interactie met veel veelgebruikte oplosmiddelen die de productie van stabiele siliciuminkten met een uitstekende houdbaarheid mogelijk maakt zonder de noodzaak van organische ligandmoleculen. In aanvulling, ontdekten de onderzoekers dat deze oplosmiddelen leiden tot doping van films die zijn afgedrukt met hun siliciuminkt, waardoor ze een elektrische geleidbaarheid 1, 000 keer groter dan niet-gedoteerde silicium nanodeeltjesfilms. De onderzoekers hebben een voorlopig patent op hun bevindingen.

"Wat dit onderzoek betekent, is dat we een stap dichter zijn bij het produceren van meer pure en stabielere elektronische inkt met niet-giftige chemicaliën, "Zei Kortshagen. "Het grotere doel hier is om een ​​manier te vinden waarop dit onderzoek iedereen ten goede kan komen en een echt verschil kan maken."