A nivel nano, Los investigadores de Stanford han descubierto una nueva forma de soldar mallas de alambres diminutos. Su trabajo podría conducir a nuevas y emocionantes aplicaciones solares y electrónicas. Para triunfar, recurrieron a la plasmónica.

Un área de investigación intensiva a nanoescala es la creación de mallas conductoras de electricidad hechas de nanocables metálicos. Prometiendo un rendimiento eléctrico excepcional, bajo costo y fácil procesamiento, Los ingenieros prevén un día en el que este tipo de mallas sean habituales en las nuevas generaciones de pantallas táctiles. pantallas de video, diodos emisores de luz y células solares de película delgada.

De pie en el camino sin embargo, es un gran obstáculo de ingeniería:en el procesamiento, estas delicadas mallas deben calentarse o presionarse para unir el patrón entrecruzado de nanocables que forman la malla, dañándolos en el proceso.

En un artículo recién publicado en la revista Materiales de la naturaleza , un equipo de ingenieros de Stanford ha demostrado una nueva y prometedora técnica de soldadura de nanocables que aprovecha los plasmónicos para fusionar los cables con una simple ráfaga de luz.

Autolimitante

En el corazón de la técnica está la física de la plasmónica, la interacción de la luz y el metal en la que la luz fluye a través de la superficie del metal en ondas, como agua en la playa.

"Cuando dos nanocables se entrecruzan, sabemos que la luz generará ondas de plasmón en el lugar donde se encuentran los dos nanocables, creando un punto caliente. La belleza es que los puntos calientes existen solo cuando los nanocables se tocan, no después de que se hayan fusionado. La soldadura se detiene sola. Es autolimitante "explicó Mark Brongersma, profesor asociado de ingeniería en ciencia de materiales en Stanford y experto en plasmónica. Brongersma es uno de los autores principales del estudio.

"El resto de los cables y, igualmente importante, el material subyacente no se ve afectado, "señaló Michael McGehee, ingeniero de materiales y autor principal del artículo. "Esta capacidad de calentar con precisión aumenta enormemente el control, velocidad y eficiencia energética de la soldadura a nanoescala ".

En imágenes de microscopio electrónico de antes y después, los nanocables individuales son visualmente distintos antes de la iluminación. Se ponen uno encima del otro, como dos árboles caídos en el bosque. Cuando se ilumina, el nanocable superior actúa como una especie de antena, dirigiendo las ondas de luz de plasmón hacia el cable inferior y creando calor que suelda los cables. Las imágenes posteriores a la iluminación muestran nanocables en forma de X que yacen planos contra el sustrato con juntas fusionadas.

Transparencia

Además de facilitar la producción de mallas de nanocables más resistentes y de mejor rendimiento, Los investigadores dicen que la nueva técnica podría abrir la posibilidad de que los electrodos de malla se unan a plásticos y polímeros flexibles o transparentes.

Para demostrar las posibilidades, aplicaron su malla en la envoltura de Saran. Rociaron una solución que contenía nanocables de plata en suspensión sobre el plástico y lo secaron. Después de la iluminación, lo que quedó fue una capa ultrafina de nanocables soldados.

"Luego lo hicimos una bola como si fuera una hoja de papel. Cuando desplegamos la envoltura, mantuvo sus propiedades eléctricas, "dijo el coautor Yi Cui, un profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales. "Y cuando lo sostienes, es prácticamente transparente ".

Esto podría conducir a revestimientos de ventanas de bajo costo que generan energía solar al tiempo que reducen el deslumbramiento para los que están adentro. dijeron los investigadores.

"En técnicas de soldadura anteriores que utilizaban una placa calefactora, esto nunca hubiera sido posible, "dijo el autor principal, Erik C. Garnett, Doctor, un becario postdoctoral en ciencia de materiales que trabaja con Brongersma, McGehee y Cui. "La envoltura de Saran se habría derretido mucho antes que la plata, destruyendo el dispositivo al instante ".

"Hay muchas aplicaciones posibles que ni siquiera serían posibles en técnicas de recocido más antiguas, ", dijo Brongersma." Esto abre algunos interesantes, esquemas de procesamiento simples y de gran área para dispositivos electrónicos:solar, LED y pantallas táctiles, especialmente."