Ingenieurs van Rutgers University-New Brunswick en Oregon State University ontwikkelen een nieuwe methode voor het verwerken van nanomaterialen die zou kunnen leiden tot een snellere en goedkopere productie van flexibele dunnefilmapparaten - van aanraakschermen tot raamcoatings, volgens een nieuwe studie.

De "intense pulsed light sintering"-methode maakt gebruik van hoogenergetisch licht over een gebied van bijna 7, 000 keer groter dan een laser om nanomaterialen in seconden samen te smelten. Nanomaterialen zijn materialen die worden gekenmerkt door hun kleine formaat, gemeten in nanometers. Een nanometer is een miljoenste van een millimeter, of ongeveer 100, 000 keer kleiner dan de diameter van een mensenhaar.

De bestaande methode van gepulseerde lichtfusie maakt gebruik van temperaturen van ongeveer 250 graden Celsius (482 graden Fahrenheit) om zilveren nanobolletjes samen te smelten tot structuren die elektriciteit geleiden. Maar de nieuwe studie gepubliceerd in RSC-vooruitgang en geleid door Rutgers School of Engineering, promovendus Michael Dexter, toonde aan dat fusie bij 150 graden Celsius (302 graden Fahrenheit) goed werkt met behoud van de geleidbaarheid van de gefuseerde zilveren nanomaterialen.

De prestatie van de ingenieurs begon met zilveren nanomaterialen in verschillende vormen:lang, dunne staafjes genaamd nanodraden naast nanosferen. De sterke verlaging van de temperatuur die nodig is voor fusie maakt het mogelijk om goedkope, temperatuurgevoelige kunststofsubstraten zoals polyethyleentereftalaat (PET) en polycarbonaat in flexibele apparaten, zonder ze te beschadigen.

"Gepulseerd licht sinteren van nanomaterialen maakt echt snelle productie van flexibele apparaten mogelijk voor schaalvoordelen, " zei Rajiv Malhotra, de senior auteur en assistent-professor van de studie bij de afdeling Mechanische en Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek in Rutgers-New Brunswick. "Onze innovatie breidt deze mogelijkheid uit door het gebruik van goedkopere temperatuurgevoelige substraten mogelijk te maken."

Gesmolten zilveren nanomaterialen worden gebruikt om elektriciteit te geleiden in apparaten zoals radiofrequentie-identificatie (RFID)-tags, beeldschermen en zonnecellen. Flexibele vormen van deze producten zijn afhankelijk van fusie van geleidende nanomaterialen op flexibele substraten, of platforms, zoals kunststoffen en andere polymeren.

"De volgende stap is om te kijken of andere vormen van nanomateriaal, inclusief platte vlokken en driehoeken, zal de fusietemperaturen nog verlagen, ' zei Malhotra.

In een andere studie, gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten , de ingenieurs van Rutgers en Oregon State demonstreerden gepulseerd licht sinteren van kopersulfide nanodeeltjes, een halfgeleider, films van minder dan 100 nanometer dik te maken.

"We waren in staat om deze fusie in twee tot zeven seconden uit te voeren in vergelijking met de minuten tot uren die het nu normaal kost, " zei Malhotra, senior auteur van de studie. "We hebben ook laten zien hoe we het gepulseerde lichtfusieproces kunnen gebruiken om de elektrische en optische eigenschappen van de film te regelen."

Hun ontdekking zou de productie van dunne kopersulfidefilms kunnen versnellen die worden gebruikt in raamcoatings die zonne-infraroodlicht controleren, transistoren en schakelaars, volgens de studie. Dit werk werd gefinancierd door de National Science Foundation en The Walmart Manufacturing Innovation Foundation.