Новая технология графеновой печати позволяет производить недорогие, гибкие, хорошо проводящие и водоотталкивающие электронные схемы.
Согласно недавней статье, описывающей открытие, нанотехнология «придаст огромную ценность самоочищающейся носимой/моющейся электронике, устойчивой к пятнам, льду и образованию биопленки».
«Мы берем недорогой графен, напечатанный с помощью струйной печати, и настраиваем его с помощью лазера для создания функциональных материалов», — сказал Джонатан Клауссен, доцент кафедры машиностроения Университета штата Айова, сотрудник лаборатории Эймса Министерства энергетики США и соответствующий автор статьи недавно появился на обложке журнала Nanoscale .
В документе описывается, как Клауссен и наноинженеры из его исследовательской группы используют технологию струйной печати для создания электрических цепей на гибких материалах. В данном случае чернила представляют собой чешуйки графена — чудо-материал может быть отличным проводником электричества и тепла, а также он прочен, стабилен и биосовместим.
Напечатанные чешуйки, однако, не обладают высокой проводимостью, и их необходимо обрабатывать, чтобы удалить непроводящие связующие вещества и сварить чешуйки вместе, что повышает проводимость и делает их полезными для электроники или датчиков.
Этот постпечатный процесс обычно включает в себя нагревание или химические вещества. Но Клауссен и его исследовательская группа разработали лазерный процесс с быстрыми импульсами, который обрабатывает графен, не повреждая поверхность печати, даже если это бумага.
И теперь они нашли еще одно применение своей технологии лазерной обработки: берут схемы, напечатанные на графене, которые могут удерживать капли воды (они гидрофильны), и превращают их в схемы, отталкивающие воду (они супергидрофобны).
«Мы наносим микрорельеф на поверхность графена, напечатанного с помощью струйной печати», — сказал Клауссен. «Лазер выравнивает чешуйки графена вертикально — как маленькие пирамиды, складывающиеся друг в друга. И это вызывает гидрофобность».
Клауссен сказал, что плотность энергии лазерной обработки можно регулировать, чтобы настроить степень гидрофобности и проводимости печатных графеновых схем.
И это открывает всевозможные возможности для новой электроники и датчиков, согласно статье.
«Одна из вещей, в разработке которых мы были бы заинтересованы, — это материалы, препятствующие биообрастанию», — сказала Лорин Стромберг, соавтор статьи и научный сотрудник штата Айова в области машиностроения и Центра приложений виртуальной реальности. «Это могло бы устранить накопление биологических материалов на поверхности, которые препятствовали бы оптимальной работе таких устройств, как химические или биологические датчики».
Эта технология также может найти применение в гибкой электронике, моющихся датчиках в текстиле, микрожидкостных технологиях, снижении сопротивления, защите от обледенения, электрохимических датчиках и технологиях, использующих графеновые структуры и электрическое моделирование для производства стволовых клеток для регенерации нервов.
Исследователи написали, что необходимо провести дальнейшие исследования, чтобы лучше понять, как нано- и микроповерхности напечатанного графена создают водоотталкивающие свойства.
Текущие исследования были поддержаны грантами Национального научного фонда, Национального института продовольствия и сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства США, Благотворительного фонда Роя Дж. Карвера, а также Инженерного колледжа штата Айова и факультета машиностроения .
Исследовательский фонд Университета штата Айова работает над патентованием технологии и передал ее стартапу из Эймса NanoSpy Inc. для возможной коммерциализации. NanoSpy, расположенный в исследовательском парке Университета штата Айова, разрабатывает датчики для обнаружения сальмонеллы и других патогенов на предприятиях пищевой промышленности. Клауссен и Стромберг являются частью компании.
По словам Стромберга, технология печати, обработки и настройки графена оказывается очень полезной. Ведь «электроника внедряется во всё».
