(Phys.org) — Anche se può sembrare che i ricercatori della Tsinghua University di Pechino stiano abbozzando un'idea per un circuito su un pezzo di carta, in realtà stanno usando una penna speciale che disegna circuiti reali usando inchiostro a base di nanotubi di carbonio.

Questa tecnica, chiamato "trafilatura in fibra, " è stato precedentemente utilizzato per costruire modelli, ma la lunghezza della fibra è solitamente molto corta a pochi millimetri, e la velocità di disegno è in genere molto lenta. Questi inconvenienti ne limitano l'uso nella fabbricazione di circuiti.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno dimostrato che la loro nuova penna può disegnare fibre di nanotubi di carbonio lunghe più di mezzo metro con velocità di disegno elevate fino a 10 cm/secondo. Il loro lavoro è pubblicato in un recente numero di Nano lettere .

Grazie all'elevata conduttività delle fibre di nanotubi e all'eccellente flessibilità meccanica, i ricercatori prevedono che le fibre potrebbero fungere da elementi costitutivi fondamentali per un'ampia varietà di dispositivi elettronici flessibili, come l'elettronica indossabile, display touch flessibili, celle solari flessibili, RFID, e dispositivi 3D.

Mentre la penna stessa è una normale penna commerciale, l'inchiostro è costituito da una combinazione di fibre di nanotubi di carbonio elettricamente conduttive e una soluzione polimerica viscosa chiamata ossido di polietilene (PEO). Il PEO viscoso è altamente elastico e meccanicamente forte, che gli consente di estrarre lunghe fibre di nanotubi dalla soluzione durante il processo di scrittura.

"La tecnica del disegno ci consente di ottenere fibre di nanotubi di carbonio molto lunghe principalmente a causa dell'alto peso molecolare del polimero e dell'elevata viscosità della soluzione precursore come inchiostro, " coautore Hui Wu, Professore Associato presso l'Università Tsinghua, detto Phys.org .

Quando si scrive, la penna viene sollevata dalla carta per allungare e sospendere le fibre, che può poi essere adagiato sul supporto nella posizione desiderata. I ricercatori hanno dimostrato che modelli di fibre complesse possono essere disegnati a mano, e prevedono che è possibile ottenere una precisione ancora maggiore utilizzando dispositivi meccanici avanzati.

I ricercatori hanno anche dimostrato che l'aumento della concentrazione polimerica dell'inchiostro aumenta il diametro delle fibre di nanotubi da 300 nm a 3 µm. Generalmente, le fibre più sottili hanno una conduttività migliore rispetto a quelle più spesse grazie al loro migliore orientamento delle fibre.

I test mostrano che le fibre di nanotubi di carbonio altamente conduttive mostrano anche un'eccellente flessibilità meccanica. All'inizio, i ricercatori si aspettavano che le fibre di nanotubi di carbonio ultralunghe dovessero mantenere la loro conduttività dopo la flessione e la distorsione. Un po' sorprendentemente, i loro test hanno mostrato che le fibre mostrano effettivamente un aumento della conduttività dopo la piegatura, circa un aumento del 30% dopo 1000 cicli di piegatura. I ricercatori propongono che lo stress causato dalla flessione deformi i polimeri e migliori l'allineamento dei nanotubi, che a sua volta aumenta la conduttività.

Nel futuro, i ricercatori sperano di espandere la tecnica di disegno per utilizzare diversi tipi di inchiostro per scopi diversi.

"Stiamo lavorando per abilitare più funzioni nella fibra, " Wu ha detto. "Per esempio, una possibilità sono le fibre semiconduttrici estratte dalla punta di una penna per applicazioni di dispositivi flessibili."

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