A livello nanometrico, i ricercatori di Stanford hanno scoperto un nuovo modo per saldare insieme maglie di piccoli fili. Il loro lavoro potrebbe portare a nuove entusiasmanti applicazioni elettroniche e solari. Per avere successo, hanno fatto appello alla plasmonica.

Un'area di ricerca intensiva su scala nanometrica è la creazione di reti elettricamente conduttive fatte di nanofili metallici. Promettendo un rendimento elettrico eccezionale, basso costo e facile lavorazione, gli ingegneri prevedono un giorno in cui tali maglie saranno comuni nelle nuove generazioni di touch-screen, display video, diodi emettitori di luce e celle solari a film sottile.

In piedi nel modo, però, è un grosso ostacolo ingegneristico:nell'elaborazione, queste delicate maglie devono essere riscaldate o pressate per unire lo schema incrociato di nanofili che formano la maglia, danneggiandoli durante il processo.

In un articolo appena pubblicato sulla rivista Materiali della natura , un team di ingegneri di Stanford ha dimostrato una promettente nuova tecnica di saldatura a nanofili che sfrutta la plasmonica per fondere i fili con un semplice raggio di luce.

autolimitante

Al centro della tecnica c'è la fisica della plasmonica, l'interazione tra luce e metallo in cui la luce scorre attraverso la superficie del metallo in onde, come l'acqua sulla spiaggia.

"Quando due nanofili si incrociano, sappiamo che la luce genererà onde plasmoniche nel punto in cui i due nanofili si incontrano, creando un punto caldo. Il bello è che i punti caldi esistono solo quando i nanofili si toccano, non dopo che si sono fusi. La saldatura si ferma. è autolimitante, " ha spiegato Mark Brongersma, professore associato di ingegneria della scienza dei materiali a Stanford ed esperto di plasmonica. Brongersma è uno degli autori senior dello studio.

"Il resto dei fili e, altrettanto importante, il materiale sottostante non è influenzato, " ha osservato Michael McGehee, un ingegnere dei materiali e autore senior del documento. "Questa capacità di riscaldare con precisione aumenta notevolmente il controllo, velocità ed efficienza energetica della saldatura su scala nanometrica."

Nelle immagini al microscopio elettronico prima e dopo, i singoli nanofili sono visivamente distinti prima dell'illuminazione. giacciono uno sopra l'altro, come due alberi caduti nella foresta. Quando è illuminato, il nanofilo superiore si comporta come una specie di antenna, dirigendo le onde luminose del plasmone nel filo inferiore e creando calore che salda insieme i fili. Le immagini post-illuminazione mostrano nanofili a forma di X che giacciono piatti contro il substrato con giunti fusi.

Trasparenza

Oltre a semplificare la produzione di reti di nanofili più resistenti e con prestazioni migliori, i ricercatori affermano che la nuova tecnica potrebbe aprire la possibilità di elettrodi a rete legati a plastiche e polimeri flessibili o trasparenti.

Per dimostrare le possibilità, hanno applicato la loro rete sull'involucro di Saran. Hanno spruzzato una soluzione contenente nanofili d'argento in sospensione sulla plastica e l'hanno asciugata. Dopo l'illuminazione, quello che restava era uno strato ultrasottile di nanofili saldati.

"Poi l'abbiamo appallottolato come un pezzo di carta. Quando abbiamo srotolato l'involucro, ha mantenuto le sue proprietà elettriche, " ha detto il co-autore Yi Cui, un professore associato di scienza dei materiali e ingegneria. "E quando lo sostieni, è praticamente trasparente."

Ciò potrebbe portare a rivestimenti per finestre economici che generano energia solare riducendo al contempo l'abbagliamento per chi si trova all'interno, hanno detto i ricercatori.

"Nelle precedenti tecniche di saldatura che utilizzavano una piastra riscaldante, questo non sarebbe mai stato possibile, " ha detto l'autore principale, Erik C. Garnett, dottorato di ricerca, uno studioso post-dottorato in scienza dei materiali che lavora con Brongersma, McGehee e Cui. "L'involucro di Saran si sarebbe sciolto molto prima dell'argento, distruggere il dispositivo all'istante."

"Ci sono molte possibili applicazioni che non sarebbero nemmeno possibili nelle vecchie tecniche di ricottura, " ha detto Brongersma. "Questo apre alcuni interessanti, schemi di elaborazione semplici e di grandi dimensioni per dispositivi elettronici:solare, LED e display touch-screen, specialmente."