Gli ingegneri dell'Oregon State University hanno compiuto un passo avanti fondamentale nella comprensione della fisica della "sinterizzazione" fotonica, " che potrebbe portare a molti nuovi progressi nelle celle solari, elettronica flessibile, vari tipi di sensori e altri prodotti ad alta tecnologia stampati su qualcosa di semplice come un foglio di carta o plastica.

La sinterizzazione è la fusione di nanoparticelle per formare un solido, film sottile funzionale che può essere utilizzato per molti scopi, e il processo potrebbe avere un valore considerevole per le nuove tecnologie.

La sinterizzazione fotonica ha il possibile vantaggio di una maggiore velocità e costi inferiori, rispetto ad altre tecnologie per la sinterizzazione di nanoparticelle.

Nella nuova ricerca, Gli esperti dell'OSU hanno scoperto che i precedenti approcci per comprendere e controllare la sinterizzazione fotonica erano basati su una visione errata della fisica di base coinvolta, che aveva portato a una grave sopravvalutazione della qualità del prodotto e dell'efficienza del processo.

Sulla base della nuova prospettiva di questo processo, che è stato delineato in Nature's Rapporti scientifici , i ricercatori ora credono di poter creare prodotti di alta qualità a temperature molto più basse, almeno due volte più veloce e con un'efficienza energetica 10 volte maggiore.

Rimozione dei vincoli sulle temperature di produzione, velocità e costo, dicono i ricercatori, dovrebbe consentire la creazione di molti nuovi prodotti ad alta tecnologia stampati su supporti economici quanto la carta o l'involucro di plastica.

"La sinterizzazione fotonica è un modo per depositare nanoparticelle in modo controllato e poi unirle insieme, ed è stato di notevole interesse, " disse Rajiv Malhotra, un assistente professore di ingegneria meccanica presso l'OSU College of Engineering. "Fino ad ora, però, non capivamo davvero la fisica di fondo di quello che stava succedendo. Si pensava, ad esempio, quel cambiamento di temperatura e il grado di fusione non erano correlati, ma in effetti questo conta molto".

Con i concetti delineati nel nuovo studio, la porta è aperta al controllo preciso della temperatura con nanoparticelle di dimensioni inferiori. Ciò consente una maggiore velocità del processo e una produzione di alta qualità a temperature almeno due volte inferiori rispetto a prima. È stato identificato un effetto intrinseco di "auto-smorzamento" che ha un impatto importante sull'ottenimento della qualità desiderata del film finito.

"La temperatura più bassa è una vera chiave, " Malhotra ha detto. "Per abbassare i costi, vogliamo stampare questi prodotti nanotecnologici su cose come carta e plastica, che brucerebbe o fonderebbe a temperature più elevate. Ora sappiamo che è possibile, E come si fa. Dovremmo essere in grado di creare processi di produzione veloci ed economici, senza perdita di qualità".

Prodotti che potrebbero evolvere dalla ricerca, Malhotra ha detto, includere celle solari, sensori di gas, tag di identificazione a radiofrequenza, e una vasta gamma di elettronica flessibile. Potrebbero emergere sensori biomedici indossabili, insieme a nuovi dispositivi di rilevamento per applicazioni ambientali.

In questa tecnologia, la luce di una lampada allo xeno può essere trasmessa su aree relativamente grandi per fondere le nanoparticelle in film sottili funzionali, molto più velocemente rispetto ai metodi termici convenzionali. Dovrebbe essere possibile estendere il processo a livelli di produzione di grandi dimensioni per l'uso industriale.

Questo progresso è stato reso possibile da un quadriennio, Sovvenzione scalabile per la nanoproduzione di 1,5 milioni di dollari della National Science Foundation, che si concentra sul trascendere le barriere scientifiche alla produzione di nanomateriali a livello industriale. I collaboratori di OSU includono Chih-hung Chang, Alan Wang e Greg Herman.

I ricercatori dell'OSU lavoreranno con due produttori dell'industria privata per creare una struttura di prova del concetto in laboratorio, come il prossimo passo per portare questa tecnologia verso la produzione commerciale.