Het drukken heeft een lange weg afgelegd sinds de dagen van Johannes Gutenberg. Nutsvoorzieningen, onderzoekers hebben een nieuwe methode ontwikkeld die plasma gebruikt om nanomaterialen op een 3D-object of flexibel oppervlak te printen, zoals papier of stof. De techniek zou het gemakkelijker en goedkoper kunnen maken om apparaten zoals draagbare chemische en biologische sensoren te bouwen, flexibele geheugenapparaten en batterijen, en geïntegreerde schakelingen.

Een van de meest gebruikelijke methoden om nanomaterialen - zoals een laag nanodeeltjes of nanobuisjes - op een oppervlak te deponeren, is met een inkjetprinter die lijkt op een gewone printer die in een kantoor wordt aangetroffen. Hoewel ze gebruik maken van gevestigde technologie en relatief goedkoop zijn, inkjetprinters hebben beperkingen. Ze kunnen niet printen op textiel of andere flexibele materialen, laat staan ​​3D-objecten. Ze moeten ook vloeibare inkt printen, en niet alle materialen zijn gemakkelijk in een vloeistof te maken.

Sommige nanomaterialen kunnen worden geprint met behulp van aërosoldruktechnieken. Maar het materiaal moet enkele honderden graden worden verwarmd om te consolideren tot een dunne en gladde film. De extra stap is onmogelijk voor het printen op stof of andere materialen die kunnen branden, en betekent hogere kosten voor de materialen die de hitte kunnen opnemen.

De plasmamethode slaat deze verwarmingsstap over en werkt bij temperaturen die niet veel warmer zijn dan 40 graden Celsius. "Je kunt het gebruiken om dingen op papier te zetten, plastic, katoen, of elke vorm van textiel, "Zei Meyya Meyyappan van NASA Ames Research Center. "Het is ideaal voor zachte substraten." Het vereist ook niet dat het afdrukmateriaal vloeibaar is.

De onderzoekers, van NASA Ames en Stanford Linear Accelerator Center, beschrijven hun werk in het tijdschrift American Institute of Physics Technische Natuurkunde Brieven .

Ze demonstreerden hun techniek door een laag koolstofnanobuisjes op papier te printen. Ze vermengden de nanobuisjes tot een plasma van heliumionen, die ze vervolgens door een mondstuk en op papier straalden. Het plasma focust de nanodeeltjes op het papieroppervlak, het vormen van een geconsolideerde laag zonder dat extra verwarming nodig is.

Het team heeft twee eenvoudige chemische en biologische sensoren geprint. De aanwezigheid van bepaalde moleculen kan de elektrische weerstand van de koolstofnanobuisjes veranderen. Door deze verandering te meten, het apparaat kan de concentratie van het molecuul identificeren en bepalen. De onderzoekers maakten een chemische sensor die ammoniakgas detecteert en een biologische sensor die dopamine detecteert, een molecuul dat verband houdt met aandoeningen zoals de ziekte van Parkinson en epilepsie.

Maar dit waren slechts eenvoudige principiële bewijzen, zei Meyyappan. "Er is een breed scala aan biosensing-toepassingen." Bijvoorbeeld, je kunt sensoren maken die gezondheidsbiomarkers zoals cholesterol monitoren, of door voedsel overgedragen ziekteverwekkers zoals E. coli en Salmonella.

Omdat de methode een eenvoudig mondstuk gebruikt, het is veelzijdig en kan eenvoudig worden opgeschaald. Bijvoorbeeld, een systeem kan veel sproeiers hebben, zoals een douchekop, waardoor het op grote oppervlakken kan worden afgedrukt. Of, het mondstuk zou kunnen werken als een slang, vrij om nanomaterialen op de oppervlakken van 3D-objecten te spuiten.

"Het kan dingen die inkjetprinten niet kan, " zei Meyyappan. "Maar alles wat inkjetprinten kan doen, het kan behoorlijk competitief zijn."

De methode is klaar voor commercialisering, Meyyappan zei, en moet relatief goedkoop en eenvoudig te ontwikkelen zijn. Direct, de onderzoekers ontwerpen de techniek om andere soorten materialen zoals koper te printen. Vervolgens kunnen ze materialen die voor batterijen worden gebruikt, printen op dunne metalen platen zoals aluminium. Het vel kan vervolgens worden opgerold tot kleine batterijen voor mobiele telefoons of andere apparaten.