Johteita paperille ilman korkeita lämpötiloja

Duke University kemistit ovat havainneet, että hopeisista nanolangoista tehdyt kalvot johtavat sähköä riittävän hyvin muodostamaan toimivia piirejä ilman kuumentamista, jolloin voidaan tulostaa elektroniikkaa lämpöherkälle materiaalille kuten paperille tai muoville.

Esimerkiksi RFID-piirien johteiden valmistuksessa on käytettävä niin korkeita lämpötiloja, että kaikki nanopartikkelit sulavat yhteen yksittäiseksi johtimeksi, jolloin on mahdotonta tulostaa piirejä edulliselle muoville tai paperille.

Työssään Duken tutkijat osoittavat, että pelkästään säätämällä nanohiukkasten muotoa musteessa voi eliminoida lämmityksen tarpeen.

Vertaamalla valmistamiensa kalvojen johtavuutta erimuotoisilla hopean nanorakenteilla, tutkijat huomasivat, että elektronit kulkevat kalvossa, joka tehty hopeisista nanolangoista paljon helpommin kuin kalvoissa, jotka on tehty muista muodoista, kuten nanopalloista tai mikrohiutaleista.

Elektronit vilistivät nanolangoista tehdyillä kalvoilla niin helposti, että ne voisivat toimia painetuilla piirilevyillä ilman tarvetta sulattaa niitä yhteen.

Tutkijat selvittivät morfologian muutosta ja resistiivisyyttä, joka esiintyy kuumennettaessa kalvoja kaksilla eripituisilla hopealangoilla, nanopartikkeleilla ja mikrohiutaleilla lämpötiloissa välillä 70 ja 400 °C. Kuumennettaessa 70 °C:ssa pitkien hopealankojen kalvot osoittivat 4000 kertaa parempaa johtavuutta kuin nanopartikkeleista tuotetut kalvot.

Sintrauksessa 300 °C:ssa jälkeen, sekä pitkien että lyhyiden nanolankojen ja nanopartikkeleiden resistiivisyydet olivat keskenään samantasoisia ja lähes yhtä hyviä kuin 70 °C:ssa tuotettujen pitkien hopealankojen kalvoilla.

Siten 70 °C:ssa kuumennettujen pitkien nanolankojen kalvot ovat johtavampia kuin hopeisista nanopartikkeleista 300 °C:ssa sintrattu kalvot. Mikrohiutaleista tuotettujen kalvojen johtavuus jäi näistä kaikista heikoimmaksi.

Tutkijoille oli yllätys kuinka paljon suurempia pitkien nanolankojen kalvojen johtavuudet olivat muihin verrattuna. Niiden resistiivisyyskin oli vain 10 kertaa suurempi kuin puhtaan hopean.

Aiheesta aiemmin:

Elektroniikkaa paperille

Valkoisia ledejä suoraan paperille

Partikkelivapaa hopeamuste