Nanopartículas y nanocables esféricos de plata después de ser fusionados por intensos pulsos de luz. Crédito:Rajiv Malhotra / Rutgers University-New Brunswick
Los ingenieros de la Rutgers University-New Brunswick y la Oregon State University están desarrollando un nuevo método de procesamiento de nanomateriales que podría conducir a una fabricación más rápida y económica de dispositivos flexibles de película delgada, desde pantallas táctiles hasta revestimientos de ventanas, según un nuevo estudio.
El método de "sinterización de luz pulsada intensa" utiliza luz de alta energía en un área de casi 7, 000 veces más grande que un láser para fusionar nanomateriales en segundos. Los nanomateriales son materiales que se caracterizan por su diminuto tamaño, medido en nanómetros. Un nanómetro es una millonésima parte de un milímetro, o alrededor de 100, 000 veces más pequeño que el diámetro de un cabello humano.
El método existente de fusión de luz pulsada utiliza temperaturas de alrededor de 250 grados Celsius (482 grados Fahrenheit) para fusionar nanoesferas de plata en estructuras que conducen la electricidad. Pero el nuevo estudio, publicado en Avances RSC y dirigido por Michael Dexter, estudiante de doctorado de la Escuela de Ingeniería de Rutgers, mostró que la fusión a 150 grados Celsius (302 grados Fahrenheit) funciona bien mientras conserva la conductividad de los nanomateriales de plata fusionados.
El logro de los ingenieros comenzó con nanomateriales de plata de diferentes formas:largos, varillas delgadas llamadas nanocables además de nanoesferas. La fuerte reducción de temperatura necesaria para la fusión hace posible el uso de bajo costo, sustratos de plástico sensibles a la temperatura como el tereftalato de polietileno (PET) y el policarbonato en dispositivos flexibles, sin dañarlos.
"La sinterización de nanomateriales con luz pulsada permite una fabricación realmente rápida de dispositivos flexibles para economías de escala, "dijo Rajiv Malhotra, autor principal del estudio y profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de Rutgers-New Brunswick. "Nuestra innovación amplía esta capacidad al permitir el uso de sustratos sensibles a la temperatura más baratos".
Fusión, o sinterizar, nanopartículas exponiéndolas a pulsos de luz intensa de una lámpara de xenón. Crédito:Rajiv Malhotra / Rutgers University-New Brunswick
Los nanomateriales de plata fundidos se utilizan para conducir electricidad en dispositivos como etiquetas de identificación por radiofrecuencia (RFID), dispositivos de visualización y células solares. Las formas flexibles de estos productos se basan en la fusión de nanomateriales conductores en sustratos flexibles, o plataformas, como plásticos y otros polímeros.
"El siguiente paso es ver si otras formas de nanomateriales, incluyendo copos planos y triángulos, hará que las temperaturas de fusión sean aún más bajas, "Dijo Malhotra.
En otro estudio, publicado en Informes científicos , los ingenieros de Rutgers y del estado de Oregon demostraron la sinterización con luz pulsada de nanopartículas de sulfuro de cobre, un semiconductor, para hacer películas de menos de 100 nanómetros de espesor.
"Pudimos realizar esta fusión en dos a siete segundos en comparación con los minutos u horas que normalmente toma ahora, "dijo Malhotra, el autor principal del estudio. "También mostramos cómo utilizar el proceso de fusión de luz pulsada para controlar las propiedades eléctricas y ópticas de la película".
Su descubrimiento podría acelerar la fabricación de películas delgadas de sulfuro de cobre utilizadas en revestimientos de ventanas que controlan la luz infrarroja solar. transistores e interruptores, según el estudio. Este trabajo fue financiado por la National Science Foundation y la Walmart Manufacturing Innovation Foundation.
