Een bedrukbare inkt met een ongeëvenaarde geleidbaarheid en transparantie is ontwikkeld door een KAUST-team voor gebruik in zonnepanelen, en voor de nieuwe blokkering van elektromagnetische golven.

metalen, zoals koper en goud, genereren weinig warmte als er stroom doorheen gaat. Om deze reden, deze hooggeleidende materialen worden veel gebruikt in de elektronica-industrie. Een andere eigenschap die deze metalen delen, is ondoorzichtigheid:ze reflecteren licht in plaats van het door te laten. Maar transparantie is een nuttige eigenschap in elektronische apparaten die genereren, elektromagnetische straling detecteren of manipuleren.

Hoewel er materialen zijn die zowel transparant als geleidend zijn, er moet meestal een compromis worden gesloten. "Een typisch probleem met optisch transparante geleiders is dat hun geleidbaarheid laag is, en naarmate de transparantie toeneemt, de geleidbaarheid verder verslechtert of omgekeerd, " legt elektrotechnisch ingenieur Atif Shamim uit.

Shamim en Weiwei Li, een postdoctoraal fellow in zijn groep, ontwikkelde de geleidende inkt door zilveren nanodraden in een polymeeroplossing te dispergeren. Werkend met een ander KAUST-team onder leiding van Thomas Anthopoulos, ze verbeterden de optische en elektrische eigenschappen van deze inkt met behulp van een behandeling die bekend staat als xenon-flitslichtsintering. "Zilveren nanodraden worden meestal gepatroneerd door meerdere verwerkingsstappen en de patroongrootte is vrij beperkt, ", zegt Shamim. "We demonstreren de grootschalige en high-throughput patronen van zilveren nanodraden in een enkele stap."

De inkt kan belangrijk worden gebruikt in opto-elektronische toepassingen, zoals zonnecellen. Maar Shamim en zijn collega Khaled Salama gebruikten het in een apparaat voor een andere toepassing:het blokkeren van elektromagnetische golven. Naarmate de maatschappelijke afhankelijkheid van draadloze communicatie toeneemt, net als de gevaren van systeemstoringen als gevolg van interferentie. En er zijn ook onbeantwoorde vragen over de impact ervan op de menselijke gezondheid, vooral voor pasgeboren baby's en kwetsbare patiënten.

Met deze zorgen in het achterhoofd, Shamim en het team creëerden een structuur die bekend staat als een frequentieselectief oppervlak (FSS). Zoals de naam al doet vermoeden, dit reflecteert elektromagnetische golven van een bepaalde frequentie, terwijl je anderen er doorheen laat gaan. Het KAUST-team maakte een FSS door hun op maat gemaakte geleidende inkt in een eenvoudig herhalend patroon op een flexibel polymeersubstraat te deponeren.

Experimentele karakterisering van de FSS toonde behoorlijke reflectieprestaties over twee banden in het radiofrequentiegedeelte van het elektromagnetische spectrum. En belangrijker nog, terwijl typische FSS's alleen golven blokkeren met een bepaalde polarisatie die uit een bepaalde richting komen, de KAUST FSS was ongevoelig voor de polarisatie van de radiogolven en zijn prestaties waren stabiel over een groot aantal invalshoeken. Een ander positief punt is dat de bedrukte FSS volledig flexibel was:de respons verslechterde niet wanneer het materiaal werd opgerold.

Om de real-world toepasbaarheid van hun schild te demonstreren, ze plaatsten een mobiele telefoon in een doos die werd afgedekt door de FSS en merkten een aanzienlijke vermindering van de signaalsterkte op. "Op basis van deze veelbelovende resultaten, we zijn van plan om onze toepassingen voor flexibele, transparant, hoogwaardige elektronische apparaten, " zegt Shamim. "Bijvoorbeeld, we willen de dunne transparante FSS toepassen op een glazen incubator in een ziekenhuisomgeving en experimenten uitvoeren met elektromagnetische afscherming om ons ontwerp in een echte omgeving verder te karakteriseren."