Producción más rápida de avanzados, La electrónica flexible es uno de los beneficios potenciales de un descubrimiento realizado por investigadores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Estatal de Oregón.

Echando un vistazo más profundo a la sinterización fotónica de películas de nanopartículas de plata:el uso de luz pulsada intensa, o IPL, para fusionar rápidamente nanopartículas conductoras funcionales, los científicos descubrieron una relación entre la temperatura de la película y la densificación. La densificación en IPL aumenta la densidad de un patrón o película delgada de nanopartículas, con mayor densidad que conduce a mejoras funcionales como una mayor conductividad eléctrica.

Los ingenieros encontraron un punto de inflexión de temperatura en IPL a pesar de que no hubo cambios en la energía pulsante, y descubrió que este punto de inflexión aparece porque la densificación durante la IPL reduce la capacidad de las nanopartículas para absorber más energía de la luz.

Esta interacción previamente desconocida entre la absorción óptica y la densificación crea una nueva comprensión de por qué la densificación se estabiliza después del punto de inflexión de la temperatura en la IPL. y además permite un área grande, IPL de alta velocidad para aprovechar todo su potencial como proceso de fabricación escalable y eficiente.

Rajiv Malhotra, profesor asistente de ingeniería mecánica en OSU, y el estudiante de posgrado Shalu Bansal llevaron a cabo la investigación. Los resultados se publicaron recientemente en Nanotecnología .

"Para algunas aplicaciones, queremos tener la máxima densidad posible, "Malhotra dijo." Para algunos no lo hacemos. Por lo tanto, se vuelve importante controlar la densificación del material. Dado que la densificación en IPL depende significativamente de la temperatura, es importante comprender y controlar la evolución de la temperatura durante el proceso. Esta investigación puede conducir a un mejor control de procesos y diseño de equipos en IPL ".

La sinterización con luz pulsada intensa permite una densificación más rápida, en cuestión de segundos, en áreas más grandes en comparación con los procesos de sinterización convencionales, como los basados ​​en hornos y los basados ​​en láser. El IPL se puede utilizar potencialmente para sinterizar nanopartículas para aplicaciones en electrónica impresa, células solares, detección de gases y fotocatálisis.

Investigaciones anteriores mostraron que la densificación de nanopartículas comienza por encima de una fluencia óptica crítica por pulso, pero que no cambia significativamente más allá de un cierto número de pulsos.

Este estudio de OSU explica por qué, para una fluencia constante, hay un número crítico de pulsos más allá del cual se estabiliza la densificación.

"La nivelación de la densidad se produce a pesar de que no ha habido cambios en la energía óptica y aunque la densificación no es completa, ", Dijo Malhotra." Ocurre debido al historial de temperatura de la película de nanopartículas, es decir, el punto de inflexión de la temperatura. La combinación de fluencia y pulsos debe considerarse cuidadosamente para asegurarse de obtener la densidad de película que desea ".

Un número menor de pulsos de alta fluencia produce rápidamente una alta densidad. Para un mayor control de la densidad, se requiere un mayor número de pulsos de baja fluencia.

"Estuvimos sinterizando en unos 20 segundos con una temperatura máxima de unos 250 grados Celsius en este trabajo, "Malhotra". El trabajo más reciente que hemos realizado puede sinterizar en menos de dos segundos y a temperaturas mucho más bajas, hasta unos 120 grados centígrados. La temperatura más baja es fundamental para la fabricación de productos electrónicos flexibles. Para reducir los costos, queremos imprimir estos componentes electrónicos flexibles en sustratos como papel y plástico, que se quemaría o derretiría a temperaturas más altas. Al usar IPL, deberíamos poder crear procesos de producción que sean más rápidos y más baratos, sin perder la calidad del producto ".

Productos que podrían evolucionar a partir de la investigación, Malhotra dijo:son etiquetas de identificación por radiofrecuencia, una amplia gama de electrónica flexible, sensores biomédicos portátiles, y dispositivos de detección para aplicaciones ambientales.