(Phys.org) — Hoewel het lijkt alsof onderzoekers van de Tsinghua University in Peking een idee voor een circuit op een stuk papier schetsen, ze gebruiken eigenlijk een speciale pen die echte circuits tekent met inkt op basis van koolstof-nanobuisjes.

Deze techniek, genaamd "vezeltekening, " is eerder gebruikt om patronen te construeren, maar de vezellengte is meestal erg kort, slechts enkele millimeters, en de tekensnelheid is typisch erg traag. Deze nadelen beperken het gebruik ervan bij de fabricage van schakelingen.

In de nieuwe studie de onderzoekers toonden aan dat hun nieuwe pen koolstof nanobuisvezels kan tekenen die meer dan een halve meter lang zijn met hoge tekensnelheden tot 10 cm/seconde. Hun werk is gepubliceerd in een recent nummer van Nano-letters .

Vanwege het hoge geleidingsvermogen en de uitstekende mechanische flexibiliteit van de nanobuisvezels, de onderzoekers voorspellen dat de vezels kunnen dienen als de fundamentele bouwstenen voor een breed scala aan flexibele elektronische apparaten, zoals draagbare elektronica, flexibele aanrakingsvertoningen, flexibele zonnecellen, RFID's, en 3D-apparaten.

Hoewel de pen zelf een gewone commerciële pen is, de inkt bestaat uit een combinatie van elektrisch geleidende koolstof nanobuisvezels en een viskeuze polymeeroplossing genaamd polyethyleenoxide (PEO). De viskeuze PEO is zeer elastisch en mechanisch sterk, waardoor het tijdens het schrijfproces lange nanobuisvezels uit de oplossing kan trekken.

"De tekentechniek stelt ons in staat om zeer lange koolstof nanobuisvezels te bereiken, voornamelijk vanwege het hoge molecuulgewicht van het polymeer en de hoge viscositeit van de voorloperoplossing als inkt, " co-auteur Hui Wu, Universitair hoofddocent aan de Tsinghua University, vertelde Phys.org .

Bij het schrijven, de pen wordt van het papier getild om de vezels uit te rekken en op te hangen, die vervolgens in de gewenste positie op de ondergrond kan worden gelegd. De onderzoekers toonden aan dat complexe vezelpatronen met de hand getekend kunnen worden, en ze voorspellen dat nog grotere precisie kan worden bereikt met behulp van geavanceerde mechanische apparaten.

De onderzoekers toonden ook aan dat het verhogen van de polymeerconcentratie van de inkt de diameter van de nanobuisvezels vergroot van 300 nm tot 3 µm. In het algemeen, dunnere vezels hebben een betere geleidbaarheid dan dikkere vanwege hun betere vezeloriëntatie.

Tests tonen aan dat de zeer geleidende koolstof nanobuisvezels ook een uitstekende mechanische flexibiliteit vertonen. Aanvankelijk, de onderzoekers verwachtten dat de ultralange koolstof nanobuisvezels hun geleidbaarheid zouden behouden na buiging en vervorming. Enigszins verrassend, hun tests toonden aan dat de vezels daadwerkelijk een toename in geleidbaarheid vertonen na het buigen - ongeveer een toename van 30% na 1000 buigcycli. De onderzoekers stellen voor dat de spanning veroorzaakt door buigen de polymeren vervormt en de uitlijning van nanobuisjes verbetert, wat op zijn beurt de geleidbaarheid verhoogt.

In de toekomst, de onderzoekers hopen de tekentechniek uit te breiden om verschillende soorten inkt voor verschillende doeleinden te gebruiken.

"We werken nu aan het mogelijk maken van meer functies in de glasvezel, " zei Wu. "Bijvoorbeeld, een mogelijkheid is halfgeleidende vezels getrokken uit een penpunt voor flexibele apparaattoepassingen."

© 2015 Fys.org