Gli ingegneri della Rutgers University-New Brunswick e dell'Oregon State University stanno sviluppando un nuovo metodo di lavorazione dei nanomateriali che potrebbe portare a una produzione più rapida ed economica di dispositivi flessibili a film sottile, dai touch screen ai rivestimenti per finestre, secondo un nuovo studio.

Il metodo di "sinterizzazione a luce pulsata intensa" utilizza luce ad alta energia su un'area di quasi 7, 000 volte più grande di un laser per fondere nanomateriali in pochi secondi. I nanomateriali sono materiali caratterizzati dalle loro minuscole dimensioni, misurato in nanometri. Un nanometro è un milionesimo di millimetro, o circa 100, 000 volte più piccolo del diametro di un capello umano.

Il metodo esistente di fusione della luce pulsata utilizza temperature di circa 250 gradi Celsius (482 gradi Fahrenheit) per fondere nanosfere d'argento in strutture che conducono elettricità. Ma il nuovo studio, pubblicato in I progressi di RSC e guidato dallo studente di dottorato della Rutgers School of Engineering Michael Dexter, ha mostrato che la fusione a 150 gradi Celsius (302 gradi Fahrenheit) funziona bene pur mantenendo la conduttività dei nanomateriali d'argento fusi.

Il successo degli ingegneri è iniziato con nanomateriali d'argento di diverse forme:lunghi, aste sottili chiamate nanofili oltre alle nanosfere. La forte riduzione della temperatura necessaria per la fusione consente di utilizzare a basso costo, substrati plastici termosensibili come polietilene tereftalato (PET) e policarbonato in dispositivi flessibili, senza danneggiarli.

"La sinterizzazione a luce pulsata dei nanomateriali consente una produzione molto rapida di dispositivi flessibili per economie di scala, " disse Rajiv Malhotra, l'autore senior dello studio e assistente professore presso il Dipartimento di ingegneria meccanica e aerospaziale della Rutgers-New Brunswick. "La nostra innovazione estende questa capacità consentendo l'utilizzo di substrati sensibili alla temperatura più economici".

I nanomateriali d'argento fusi vengono utilizzati per condurre l'elettricità in dispositivi come i tag di identificazione a radiofrequenza (RFID), dispositivi di visualizzazione e celle solari. Le forme flessibili di questi prodotti si basano sulla fusione di nanomateriali conduttivi su substrati flessibili, o piattaforme, come plastica e altri polimeri.

"Il prossimo passo è vedere se altre forme di nanomateriali, compresi fiocchi piatti e triangoli, ridurrà ulteriormente le temperature di fusione, " ha detto Malhotra.

In un altro studio, pubblicato in Rapporti scientifici , gli ingegneri di Rutgers e Oregon State hanno dimostrato la sinterizzazione a luce pulsata di nanoparticelle di solfuro di rame, un semiconduttore, per realizzare film di spessore inferiore a 100 nanometri.

"Siamo stati in grado di eseguire questa fusione in due-sette secondi rispetto ai minuti o alle ore che normalmente impiega ora, " disse Malhotra, l'autore senior dello studio. "Abbiamo anche mostrato come utilizzare il processo di fusione della luce pulsata per controllare le proprietà elettriche e ottiche del film".

La loro scoperta potrebbe accelerare la produzione di film sottili di solfuro di rame utilizzati nei rivestimenti per finestre che controllano la luce solare infrarossa, transistor e interruttori, secondo lo studio. Questo lavoro è stato finanziato dalla National Science Foundation e dalla Walmart Manufacturing Innovation Foundation.