Nieuwe grafeenprinttechnologie kan elektronische schakelingen produceren die goedkoop zijn, flexibel, zeer geleidend en waterafstotend.

De nanotechnologie "zou enorme waarde verlenen aan zelfreinigende draagbare/wasbare elektronica die bestand is tegen vlekken, of ijs- en biofilmvorming, " volgens een recent artikel waarin de ontdekking wordt beschreven.

"We nemen goedkope, inkjet-geprint grafeen en het afstemmen met een laser om functionele materialen te maken, " zei Jonathan Claussen, een assistent-professor werktuigbouwkunde aan de Iowa State University, een medewerker van het Ames Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie en de corresponderende auteur van het artikel dat onlangs op de omslag van het tijdschrift stond nanoschaal .

Het artikel beschrijft hoe Claussen en de nano-ingenieurs in zijn onderzoeksgroep inkjetprinttechnologie gebruiken om elektrische circuits te maken op flexibele materialen. In dit geval, de inkt is grafeenvlokken - het wondermateriaal kan een geweldige geleider zijn van elektriciteit en warmte, bovendien is het sterk, stabiel en biocompatibel.

De bedrukte vlokken, echter, zijn niet sterk geleidend en moeten worden verwerkt om niet-geleidende bindmiddelen te verwijderen en de vlokken aan elkaar te lassen, geleidbaarheid verhogen en bruikbaar maken voor elektronica of sensoren.

Dat post-printproces omvat meestal warmte of chemicaliën. Maar Claussen en zijn onderzoeksgroep ontwikkelden een snel-puls laserproces dat het grafeen behandelt zonder het printoppervlak te beschadigen - zelfs als het papier is.

En nu hebben ze een andere toepassing van hun laserverwerkingstechnologie gevonden:het nemen van met grafeen bedrukte circuits die waterdruppels kunnen bevatten (ze zijn hydrofiel) en ze veranderen in circuits die water afstoten (ze zijn superhydrofoob).

"We micropatroonen het oppervlak van het inkjet-geprinte grafeen, " zei Claussen. "De laser lijnt de grafeenvlokken verticaal uit - als kleine piramides die zich opstapelen. En dat is wat de hydrofobiciteit induceert."

Claussen zei dat de energiedichtheid van de laserverwerking kan worden aangepast om de mate van hydrofobiciteit en geleidbaarheid van de gedrukte grafeencircuits af te stemmen.

En dat opent allerlei mogelijkheden voor nieuwe elektronica en sensoren, volgens het papier.

"Een van de dingen die we zouden willen ontwikkelen zijn anti-biofouling materialen, " zei Loreen Stromberg, een paper co-auteur en een postdoctoraal onderzoeksmedewerker in Iowa State in werktuigbouwkunde en voor het Virtual Reality Applications Center. "Dit zou de ophoping van biologische materialen op het oppervlak kunnen elimineren die de optimale prestaties van apparaten zoals chemische of biologische sensoren zouden belemmeren."

De technologie zou ook toepassingen kunnen hebben in flexibele elektronica, wasbare sensoren in textiel, microfluïdische technologieën, weerstandsvermindering, ontdooien, elektrochemische sensoren en technologie die grafeenstructuren en elektrische simulatie gebruikt om stamcellen te produceren voor zenuwregeneratie.

De onderzoekers schreven dat er verder onderzoek moet worden gedaan om beter te begrijpen hoe de nano- en micro-oppervlakken van het gedrukte grafeen de waterafstotende eigenschappen creëren.

De huidige studies zijn ondersteund door subsidies van de National Science Foundation, het Amerikaanse ministerie van landbouw, het National Institute of Food and Agriculture, de Roy J. Carver Charitable Trust plus Iowa State's College of Engineering en de afdeling werktuigbouwkunde.

De Iowa State University Research Foundation werkt aan het patenteren van de technologie en heeft deze gekozen voor een op Ames gebaseerde startup, NanoSpy Inc., voor eventuele commercialisering. NanoSpy, gelegen aan het Iowa State University Research Park, ontwikkelt sensoren om salmonella en andere ziekteverwekkers in voedselverwerkende fabrieken te detecteren. Claussen en Stromberg maken deel uit van het bedrijf.

Het grafeen afdrukken, verwerkings- en afstemmingstechnologie blijkt zeer nuttig te zijn, zei Stromberg. Ten slotte, "elektronica wordt overal in verwerkt."