納米線“墨水”使紙基可印刷電子產(chǎn)品成為可能

通過將微小的金屬納米粒子懸浮在液體中，杜克大學(xué)的科學(xué)家們正在開發(fā)噴墨打印機(jī)的導(dǎo)電“墨水”，來在幾乎任何表面上打印廉價(jià)的、可定制的電路圖案。

印刷電子，已經(jīng)在一些器件例如通常在新DVD后面能夠找到的防盜射頻識別(RFID)標(biāo)簽上被廣泛地大規(guī)模應(yīng)用，其目前有一個主要的缺點(diǎn)：為了使該電路能夠工作，首先必須將其進(jìn)行加熱，使所有的納米顆粒熔化結(jié)合成一個單一的導(dǎo)電絲，這使得其無法在廉價(jià)的塑料或紙上印刷電路。

杜克大學(xué)的研究人員完成的一項(xiàng)新研究表明，調(diào)整墨水中的納米粒子的形狀可以消除對加熱的需求。

通過比較由不同形狀的銀納米結(jié)構(gòu)制成的薄膜的導(dǎo)電性能，研究人員發(fā)現(xiàn)，電子通過銀納米線制成的薄膜要比通過其他形狀例如納米球或微盤制成的薄膜要容易得多。事實(shí)上，電子流過納米線制成的薄膜是如此容易，以致于都不需要將它們?nèi)刍谝黄鹁涂梢杂迷谟∷㈦娐分辛恕?/p>

杜克大學(xué)化學(xué)系助理教授Benjamin Wiley說：“納米線的導(dǎo)電率比在RFID標(biāo)簽的印刷天線上可以找到的常用銀納米粒子高出4000倍。所以，如果你使用納米線，那么你不需要將印刷電路加熱到那么高的溫度，你可以使用更便宜的塑料或紙張?！?/p>

Wiley補(bǔ)充說：“除了這些銀納米線之外，我真的想不到還有什么東西能夠像這樣簡單的打印出來，沒有任何后處理，就可以直接導(dǎo)電?！?/p>

這些類型的印刷電子的應(yīng)用可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出智能包裝;研究人員設(shè)想利用該技術(shù)來制造太陽能電池、印刷顯示器、LED、觸摸屏、放大器、電池甚至一些植入式生物電子器件。該研究結(jié)果發(fā)表在12月16日的《ACS應(yīng)用材料與界面》在線版上。

Wiley說，銀已成為一種制造印刷電子材料的原料，最近出現(xiàn)的許多研究展示了對不同形狀的銀納米結(jié)構(gòu)薄膜的電導(dǎo)率的測量。然而，實(shí)驗(yàn)誤差使得很難在不同形狀之間進(jìn)行直接比較，還有少量報(bào)道將薄膜的導(dǎo)電性與所用的銀的總質(zhì)量聯(lián)系了起來，這是使用昂貴材料時(shí)的一個重要因素。

“我們希望消除來自墨水的任何額外的材料，只是關(guān)注薄膜中銀的含量以及納米結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系作為唯一的變異來源，”Ian Stewart說，他是Wiley實(shí)驗(yàn)室的一名新研究生，也是這篇發(fā)表在《ACS》上的論文的第一作者。

Stewart用已知的配方來做出具有不同形狀的銀納米結(jié)構(gòu)，包括納米顆粒，微片，以及短的和長的納米線，然后將這些納米結(jié)構(gòu)與蒸餾水混合制成簡單的“墨水”。然后他發(fā)明了一種快速簡便的方法，使用在任何實(shí)驗(yàn)室都可以很容易找到的設(shè)備——玻璃片和雙面膠帶來制備薄膜。

Stewart說：“我們用打孔器在雙面膠帶上打出一個個井來，然后將其粘貼到玻璃片上?！蓖ㄟ^在磁帶的每一個井中加入一個精確的量的墨水，然后將井加熱到一個水蒸發(fā)的相對較低的溫度或者結(jié)構(gòu)開始熔化的相對較高的溫度，他得到了各種各樣的薄膜用來測試。

該研究小組說，他們并不驚訝于長納米線薄膜具有最高的導(dǎo)電性。電子通常很容易通過單個納米結(jié)構(gòu)，但是當(dāng)它們不得不從一個結(jié)構(gòu)跳到下一個結(jié)構(gòu)時(shí)往往會被卡住，Wiley解釋說，而長納米線大大減少了電子“跳躍”的次數(shù)。

但他們對這種變化的劇烈程度感到驚訝?！伴L的銀納米線薄膜的電阻率比銀納米顆粒要低幾個數(shù)量級，比純銀也只是大了10倍，”Stewart說。

該小組現(xiàn)在正在試驗(yàn)使用氣溶膠噴墨打印機(jī)來在可用電路中打印銀納米線墨水。Wiley說，他們還想探索一下鍍銀的銅納米線是否也能產(chǎn)生同樣的效果，其比純銀納米線生產(chǎn)起來要便宜得多。