Snellere productie van geavanceerde, flexibele elektronica is een van de mogelijke voordelen van een ontdekking door onderzoekers van het College of Engineering van de Oregon State University.

Een diepere kijk op fotonisch sinteren van zilveren nanodeeltjesfilms - het gebruik van intens gepulseerd licht, of IPL, om snel functionele geleidende nanodeeltjes te laten samensmelten - wetenschappers ontdekten een verband tussen filmtemperatuur en verdichting. Verdichting in IPL verhoogt de dichtheid van een dunne film of patroon van nanodeeltjes, met een grotere dichtheid die leidt tot functionele verbeteringen zoals een grotere elektrische geleidbaarheid.

De ingenieurs vonden een temperatuuromslagpunt in IPL ondanks geen verandering in pulserende energie, en ontdekte dat dit keerpunt verschijnt omdat verdichting tijdens IPL het vermogen van de nanodeeltjes om verdere energie van het licht te absorberen vermindert.

Deze voorheen onbekende interactie tussen optische absorptie en verdichting creëert een nieuw begrip van waarom verdichting afvlakt na het temperatuuromslagpunt in IPL, en maakt verder grote oppervlakte mogelijk, high-speed IPL om zijn volledige potentieel te realiseren als een schaalbaar en efficiënt productieproces.

Rajiv Malhotra, universitair docent werktuigbouwkunde aan OSU, en afgestudeerde student Shalu Bansal voerde het onderzoek uit. De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in Nanotechnologie .

"Voor sommige toepassingen willen we een maximale dichtheid hebben, "Zei Malhotra. "Voor sommigen niet. Dus, het wordt belangrijk om de verdichting van het materiaal te beheersen. Aangezien verdichting in IPL sterk afhangt van de temperatuur, het is belangrijk om de temperatuurontwikkeling tijdens het proces te begrijpen en te beheersen. Dit onderzoek kan leiden tot veel betere procesbeheersing en apparatuurontwerp in IPL."

Intens gepulseerd licht sinteren zorgt voor snellere verdichting - in een kwestie van seconden - over grotere gebieden in vergelijking met conventionele sinterprocessen zoals op ovens en lasers gebaseerd. IPL kan mogelijk worden gebruikt om nanodeeltjes te sinteren voor toepassingen in gedrukte elektronica, zonnepanelen, gasdetectie en fotokatalyse.

Eerder onderzoek toonde aan dat de verdichting van nanodeeltjes begint boven een kritische optische fluentie per puls, maar dat deze na een bepaald aantal pulsen niet significant verandert.

Deze OSU-studie legt uit waarom, voor een constante stroom, er is een kritisch aantal pulsen waarboven de verdichting afvlakt.

"De nivellering in dichtheid vindt plaats, ook al is er geen verandering in de optische energie geweest en ook al is de verdichting niet voltooid, " zei Malhotra. "Het komt voor vanwege de temperatuurgeschiedenis van de nanodeeltjesfilm, d.w.z. het temperatuuromslagpunt. De combinatie van fluentie en pulsen moet zorgvuldig worden overwogen om ervoor te zorgen dat u de filmdichtheid krijgt die u wilt."

Een kleiner aantal pulsen met een hoge fluentie produceert snel een hoge dichtheid. Voor een grotere dichtheidscontrole, een groter aantal pulsen met een lage fluentie is vereist.

"We waren aan het sinteren in ongeveer 20 seconden met een maximale temperatuur van ongeveer 250 graden Celsius in dit werk, " Malhotra. "Meer recent werk dat we hebben gedaan, kan in minder dan twee seconden en bij veel lagere temperaturen sinteren, tot ongeveer 120 graden Celsius. Een lagere temperatuur is van cruciaal belang voor de flexibele productie van elektronica. Om de kosten te verlagen, we willen deze flexibele elektronica printen op substraten zoals papier en plastic, die bij hogere temperaturen zouden verbranden of smelten. Door gebruik te maken van IPL, we moeten productieprocessen kunnen creëren die zowel sneller als goedkoper zijn, zonder verlies van productkwaliteit."

Producten die kunnen ontstaan ​​uit het onderzoek, Malhotra zei, zijn radiofrequentie-identificatietags, een breed scala aan flexibele elektronica, draagbare biomedische sensoren, en detectieapparatuur voor omgevingstoepassingen.