‘Inktbaar’ nanomateriaal belooft grote voordelen voor buigbare elektronica

Een internationaal team van wetenschappers ontwikkelt een inktbaar nanomateriaal waarvan ze zeggen dat het op een dag een opgespoten elektronisch onderdeel zou kunnen worden voor ultradunne, lichtgewicht en buigbare displays en apparaten.

Het materiaal, zinkoxide, zou volgens het team kunnen worden opgenomen in vele componenten van toekomstige technologieën, waaronder mobiele telefoons en computers, dankzij zijn veelzijdigheid en recente ontwikkelingen in nanotechnologie.

RMIT University’s universitair hoofddocent Enrico Della Gaspera en Dr. Joel van Embden leidden een team van wereldwijde experts om productiestrategieën, mogelijkheden en mogelijke toepassingen van zinkoxide-nanokristallen te beoordelen in het tijdschrift Chemische beoordelingen.

Professor Silvia Gross van de Universiteit van Padova in Italië en universitair hoofddocent Kevin Kittilstved van de Universiteit van Massachusetts Amherst in de Verenigde Staten zijn co-auteurs.

“Vooruitgang in nanotechnologie heeft ons in staat gesteld om de eigenschappen en prestaties van zinkoxide aanzienlijk te verbeteren en aan te passen door het superklein en met goed gedefinieerde kenmerken te maken”, zegt Della Gaspera van RMIT’s School of Science.

“Kleine en veelzijdige deeltjes zinkoxide kunnen nu worden bereid met uitzonderlijke controle over hun grootte, vorm en chemische samenstelling op nanoschaal”, zegt van Embden, ook van RMIT’s School of Science.

“Dit alles leidt tot nauwkeurige controle van de resulterende eigenschappen voor talloze toepassingen in optica, elektronica, energie, detectietechnologieën en zelfs microbiële decontaminatie.”

Sky is the limit met spray-on elektronica

De nanokristallen van zinkoxide kunnen tot inkt worden geformuleerd en als een ultradunne coating worden afgezet. Het proces lijkt op inkjetprinten of schilderen met een airbrush, maar de coating is honderden tot duizenden keren dunner dan een conventionele verflaag.

“Deze coatings kunnen zeer transparant worden gemaakt voor zichtbaar licht, maar ook zeer elektrisch geleidend – twee fundamentele kenmerken die nodig zijn voor het maken van touchscreen-displays, ” zei Della Gaspera.

De nanokristallen kunnen ook bij lage temperatuur worden afgezet, waardoor coatings op flexibele substraten, zoals plastic, mogelijk zijn die veerkrachtig zijn tegen buigen en buigen, zegt het team.

Het team is klaar om met de industrie samen te werken om mogelijke toepassingen te verkennen met behulp van hun technieken om deze nanomateriaalcoatings te maken.

Wat is zinkoxide en hoe kan het worden gebruikt?

Zink is een overvloedig element in de aardkorst en overvloediger dan veel andere technologisch relevante metalen, waaronder tin, nikkel, lood, wolfraam, koper en chroom.

“Zink is goedkoop en wordt al veel gebruikt door verschillende industrieën, met een wereldwijde jaarlijkse productie van miljoenen tonnen,” zei van Embden.

Zinkoxide is een uitgebreid bestudeerd materiaal, waarvan de eerste wetenschappelijke onderzoeken vanaf het begin van de 20e eeuw worden uitgevoerd.

“Zinkoxide kreeg in de jaren 70 en 80 veel belangstelling vanwege de vooruitgang in de halfgeleiderindustrie. En met de komst van nanotechnologie en vooruitgang in zowel synthese- als analysetechnieken is zinkoxide snel uitgegroeid tot een van de belangrijkste materialen hiervan. eeuw’, zei Della Gaspera.

Zinkoxide is ook veilig, biocompatibel en zit al in producten zoals zonnebrandmiddelen en cosmetica.

Andere mogelijke toepassingen dan buigbare elektronica die zinkoxide-nanokristallen zouden kunnen gebruiken, zijn onder meer:

• zelfreinigende coatings
• antibacteriële en schimmeldodende middelen
• sensoren om ultraviolette straling te detecteren

• elektronische componenten in zonnecellen en lichtgevende apparaten (LED)

• transistors, miniatuurcomponenten die elektrische signalen aansturen en de basis vormen van moderne elektronica
• sensoren die kunnen worden gebruikt om schadelijke gassen te detecteren voor residentiële, industriële en milieutoepassingen.

Volgende stappen

Om de aanpak van het team op te schalen van het laboratorium naar een industriële omgeving zou samenwerking met de juiste partners nodig zijn, zei Della Gaspera.

“Schaalbaarheid is een uitdaging voor alle soorten nanomaterialen, inclusief zinkoxide”, zei hij.

“Om dezelfde omstandigheden te creëren die we in het laboratorium bereiken, maar met veel grotere reacties, vereist zowel aanpassing van het type chemie dat wordt gebruikt als technische innovaties in de reactieopstelling.”

Naast deze schaalbaarheidsuitdagingen moet het team het tekort aan elektrische geleidbaarheid aanpakken dat coatings van nanokristallen hebben in vergelijking met industriële benchmarks, die afhankelijk zijn van complexere fysieke afzettingen. De intrinsieke structuur van de coatings van nanokristallen, die meer flexibiliteit mogelijk maken, beperkt het vermogen van de coating om elektriciteit efficiënt te geleiden.

“Wij en andere wetenschappers over de hele wereld werken aan het aanpakken van deze uitdagingen en er wordt goede vooruitgang geboekt”, zei Della Gaspera.

Hij ziet grote kansen om samen te werken met andere organisaties en branchepartners om dit soort uitdagingen aan te pakken.

“Ik ben ervan overtuigd dat deze uitdagingen met het juiste partnerschap kunnen worden opgelost”, zei Della Gaspera.

Het RMIT-team heeft de afgelopen jaren bijgedragen aan ander collegiaal getoetst onderzoek naar zinkoxide-nanokristallen, waaronder:

• de synthese van nanokristallen met ongekende controle over hun grootte en chemische samenstelling
• een innovatieve manier om de geleidbaarheid van coatings verbeteren bij lage temperaturen
• het gebruik van nanokristallen als antibacteriële en schimmeldodende middelen.