Le odierne tecnologie su nanoscala sono sufficientemente sofisticate da poter essere applicate in un numero infinito di dispositivi utili, dai sensori nei dispositivi touch screen e negli elettrodomestici ai biosensori indossabili in grado di monitorare i livelli chimici nel nostro sangue, movimento muscolare, respirazione e frequenza cardiaca. Inoltre, esistono tecnologie per dispositivi di precisione come i microscopi a scansione di sonda ad alta risoluzione che consentono di visualizzare superfici non solo a livello atomico, ma anche i singoli atomi stessi.

Questi dispositivi utilizzano tipicamente elettrodi realizzati applicando sottili rivestimenti di materiali conduttivi su substrati di vetro o ceramica. Però, questi tipi di elettrodi sono fragili e mancano di flessibilità, e possono comportare materiali costosi e limitati, nonché metodi di fabbricazione difficili.

Un materiale alternativo che sta ricevendo molta attenzione sono i nanofili d'argento; questi fili hanno diametri molto piccoli (fino a un millesimo di millimetro) e possono essere fabbricati in varie forme e configurazioni di sezione trasversale. Sono inoltre insuperabili nella conduttività, hanno una resistenza meccanica e flessibilità superiori e possono essere facilmente sintetizzati con materiali facilmente reperibili. Queste qualità e la versatilità dei nanofili d'argento li rendono particolarmente attraenti non solo per molti dispositivi elettronici comunemente usati, ma anche per le innovazioni nell'elettronica flessibile, come cellulari e tablet flessibili, pannelli solari economici o celle solari che possono essere fabbricati su carta da parati o vestiti.

I nanofili d'argento sono stati impiegati con successo come elettrodi in vari dispositivi elettronici; però, il loro uso commerciale è stato ostacolato dalla loro vulnerabilità agli effetti corrosivi del calore, leggero, e umidità. Tale corrosione può provocare buche e fori o "incisione" sulla superficie del nanofilo, che influisce negativamente sulla loro potenza elettrica, meccanico, e proprietà ottiche. L'incisione può essere altamente dannosa per le prestazioni dei dispositivi basati su nanofili d'argento e può persino portare al loro guasto.

Sono stati fatti tentativi precedenti per fabbricare gusci protettivi attorno a nanofili d'argento. In un tentativo, un polimero sottile è stato depositato su un substrato come barriera di nanofili. Sulle superfici dei nanocavi sono stati anche cresciuti gusci protettivi sottili di metallo o carbonio. Ciò ha aumentato la longevità e le prestazioni dei nanofili d'argento utilizzati come elettrodi trasparenti; però, le superfici del guscio mancavano della levigatezza uniforme necessaria per dispositivi più precisi.

I ricercatori del Terasaki Institute for Biomedical Innovation (TIBI) hanno sviluppato con successo un metodo per fabbricare gusci ultrasottili attorno a nanofili d'argento, con conseguente stabilità ed efficacia superiori.

Per prima cosa scelsero l'oro per i loro gusci protettivi grazie alla sua resistenza al calore, leggero, e umidità. Anche la sua struttura è simile a quella dell'argento, che facilita la crescita di strati ultrasottili di oro sulle superfici dei nanofili d'argento. Però, c'è un avvertimento:possono esistere atomi d'oro carichi che possono reagire con l'argento stesso, formazione di fori o pori, che sarebbe decisamente problematico. Il team di TIBI ha risolto questo problema scegliendo una sostanza chimica da complessare con gli atomi d'oro carichi; questo ha efficacemente soppresso la formazione dei pori.

Il team ha poi sviluppato una temperatura ambiente, metodo di fabbricazione basato su soluzioni che offriva una configurazione semplice e diretta, passaggi scalabili. Inoltre, il loro metodo permetteva la regolazione dei tempi di reazione e delle miscele per controllare lo spessore degli strati d'oro depositati.

Hanno sintetizzato nanofili d'argento combinando soluzioni e consentendo ai nanofili di crescere e cristallizzare. La soluzione d'oro, che conteneva sostanze chimiche ottimizzate sperimentalmente per eliminare l'incisione e per aiutare nella deposizione regolare degli strati d'oro, è stato poi introdotto. Hanno inoltre ottimizzato le condizioni sperimentali per migliorare la stabilità chimica dei nanofili.

I risultanti nanofili d'argento erano ben definiti, tre rivestimenti in oro di spessore nanometrico, con superfici lisce, privo di incisione. Hanno anche esibito un'interfaccia stabilizzante argento-oro, che è indispensabile per preservare le proprietà ottiche ed elettriche dei nanofili.

"Abbiamo considerato ogni possibile sfida nella progettazione di un metodo efficace per aumentare la longevità dei dispositivi basati su nanofili d'argento, " disse Yangzhi Zhu, dottorato di ricerca, primo autore del progetto. "I nostri dati mostrano chiaramente che siamo stati in grado di creare soluzioni efficaci a queste sfide".

Il team TIBI ha quindi condotto esperimenti per valutare la durata dei nanofili d'argento rivestiti in oro e non trattati. Quando i nanofili sono stati esposti all'aria; i nanofili d'argento non rivestiti si sono gravemente danneggiati e si sono deteriorati dopo dieci giorni. I nanofili rivestiti d'oro sono rimasti invariati anche dopo sei mesi. Risultati simili sono stati ottenuti dopo che entrambi i nanofili sono stati esposti agli effetti dannosi del perossido di idrogeno e delle immersioni con soluzione salina tamponata con sodio.

Nei test sulle prestazioni di elettrodi trasparenti flessibili, entrambi i nanofili sono stati esposti a calore e umidità elevati; i nanofili non rivestiti si sono guastati dopo 12 giorni, ma le prestazioni dei nanofili d'argento rivestiti d'oro erano paragonabili a quelle dei nanofili commerciali ad alte prestazioni.

Nei test delle prestazioni su dispositivi ottici, i nanofili rivestiti in oro hanno dimostrato prestazioni elevate a 21 giorni. In contrasto, i nanofili d'argento non trattati hanno mostrato una diminuzione dell'efficienza entro una settimana e alla fine hanno fallito. Per di più, i test hanno mostrato che nessun rumore di fondo aggiuntivo è stato introdotto dai gusci d'oro.

Nello stesso arco di tempo, i nanofili rivestiti in oro hanno mostrato risultati superiori quando testati in microscopia a scansione di sonda ad alta risoluzione, offrendo immagini di alta qualità incrollabili. In contrasto, la qualità dell'immagine dei nanofili non trattati è diminuita gradualmente fino a quando non si è verificato il guasto del dispositivo. Questi sono risultati notevoli, poiché questo tipo di microscopia comporta alti livelli di stress meccanico e la stabilità dei nanofili è cruciale.

"Ci sono molti vantaggi nell'usare i nanofili d'argento in innumerevoli dispositivi, quindi la capacità di migliorare le loro prestazioni e durata crea un grande impatto, " ha detto Ali Khademhosseini, dottorato di ricerca, Direttore e CEO di TIBI. "I metodi che abbiamo ideato per raggiungere questo obiettivo esemplificano la qualità del lavoro del nostro istituto".

I dettagli della ricerca sono stati pubblicati in Nano ricerca .