Produzione più rapida di avanzati, l'elettronica flessibile è tra i potenziali vantaggi di una scoperta da parte dei ricercatori del College of Engineering dell'Oregon State University.

Dando uno sguardo più approfondito alla sinterizzazione fotonica dei film di nanoparticelle d'argento:l'uso di un'intensa luce pulsata, o IPL, per fondere rapidamente nanoparticelle conduttive funzionali, gli scienziati hanno scoperto una relazione tra la temperatura del film e la densificazione. La densificazione in IPL aumenta la densità di un film sottile o modello di nanoparticelle, con una maggiore densità che porta a miglioramenti funzionali come una maggiore conduttività elettrica.

Gli ingegneri hanno trovato un punto di svolta della temperatura nell'IPL nonostante nessun cambiamento nell'energia pulsante, e ha scoperto che questo punto di svolta appare perché la densificazione durante l'IPL riduce la capacità delle nanoparticelle di assorbire ulteriore energia dalla luce.

Questa interazione precedentemente sconosciuta tra assorbimento ottico e densificazione crea una nuova comprensione del motivo per cui la densificazione si stabilizza dopo il punto di svolta della temperatura nell'IPL, e consente inoltre un'ampia area, IPL ad alta velocità per realizzare tutto il suo potenziale come processo di produzione scalabile ed efficiente.

Rajiv Malhotra, assistente professore di ingegneria meccanica presso l'OSU, e lo studente laureato Shalu Bansal ha condotto la ricerca. I risultati sono stati recentemente pubblicati in Nanotecnologia .

"Per alcune applicazioni vogliamo avere la massima densità possibile, " Malhotra ha detto. "Per alcuni non lo facciamo. Così, diventa importante controllare l'addensamento del materiale. Poiché la densificazione in IPL dipende in modo significativo dalla temperatura, è importante comprendere e controllare l'evoluzione della temperatura durante il processo. Questa ricerca può portare a un controllo dei processi e alla progettazione delle apparecchiature molto migliori nell'IPL".

La sinterizzazione a luce pulsata intensa consente una densificazione più rapida, in pochi secondi, su aree più grandi rispetto ai processi di sinterizzazione convenzionali come quelli basati su forno e laser. L'IPL può essere potenzialmente utilizzato per sinterizzare nanoparticelle per applicazioni nell'elettronica stampata, celle solari, rilevamento di gas e fotocatalisi.

Ricerche precedenti hanno mostrato che la densificazione delle nanoparticelle inizia al di sopra di una fluenza ottica critica per impulso, ma che non cambia significativamente oltre un certo numero di impulsi.

Questo studio OSU spiega perché, per una fluenza costante, esiste un numero critico di impulsi oltre il quale la densificazione si stabilizza.

"Il livellamento della densità si verifica anche se non c'è stato alcun cambiamento nell'energia ottica e anche se la densificazione non è completa, " ha detto Malhotra. "Si verifica a causa della storia della temperatura del film di nanoparticelle, ovvero il punto di svolta della temperatura. La combinazione di fluenza e impulsi deve essere considerata con attenzione per assicurarsi di ottenere la densità di pellicola desiderata".

Un numero inferiore di impulsi ad alta fluenza produce rapidamente un'alta densità. Per un maggiore controllo della densità, è richiesto un numero maggiore di impulsi a bassa fluenza.

"In questo lavoro abbiamo sinterizzato in circa 20 secondi con una temperatura massima di circa 250 gradi Celsius, " Malhotra. "Il lavoro più recente che abbiamo fatto può sinterizzare in meno di due secondi e a temperature molto più basse, fino a circa 120 gradi Celsius. La temperatura più bassa è fondamentale per la produzione di elettronica flessibile. Per abbassare i costi, vogliamo stampare questi dispositivi elettronici flessibili su substrati come carta e plastica, che brucerebbe o fonderebbe a temperature più elevate. Utilizzando l'IPL, dovremmo essere in grado di creare processi di produzione più veloci ed economici, senza perdita di qualità del prodotto."

Prodotti che potrebbero evolvere dalla ricerca, Malhotra ha detto, sono tag di identificazione a radiofrequenza, una vasta gamma di elettronica flessibile, sensori biomedici indossabili, e dispositivi di rilevamento per applicazioni ambientali.