杜克大学的科学家正在酿造导电喷墨打印机“墨水”

通过将微小的金属纳米颗粒悬浮在液体中，杜克大学的科学家正在酿造导电喷墨打印机“墨水”，以便在几乎任何表面上打印廉价，可定制的电路图案。

印刷电子产品已广泛用于诸如新DVD后面的防盗射频识别(RFID)标签等设备中，目前有一个主要缺点：电路工作，它们首先必须加热以将所有纳米颗粒一起熔化成单根导线，使得不可能在廉价的塑料或纸上印刷电路。

杜克研究人员的一项新研究表明，调整墨水中纳米粒子的形状可能只是消除了对热量的需求。

通过比较由不同形状的银纳米结构制成的薄膜的电导率，研究人员发现电子通过银纳米线制成的薄膜比由其他形状(如纳米球或微薄片)制成的薄膜更容易拉链。实际上，电子很容易通过纳米线薄膜流动，它们可以在印刷电路中起作用，而不需要将它们全部熔化在一起。

“这种纳米线的导电率比用于RFID标签的印刷天线中更常用的银纳米粒子高4,000倍，”杜克大学化学助理教授Benjamin Wiley说。“因此，如果您使用纳米线，那么您不必将印刷电路加热到如此高的温度，您可以使用更便宜的塑料或纸张。”

“除了这些可以打印的银纳米线之外，我真的没有别的想法，它只是导电，没有任何后处理，”Wiley补充道。

这些类型的印刷电子产品的应用可能远远超出智能包装; 研究人员设想使用该技术制造太阳能电池，印刷显示器，LED，触摸屏，放大器，电池甚至一些植入式生物电子设备。结果于12月16日在线应用于ACS应用材料与接口。

Wiley说，银已经成为制造印刷电子产品的首选材料，并且最近出现了许多研究来测量具有不同形状的银纳米结构的薄膜的电导率。然而，实验变化使得形状之间的直接比较变得困难，并且很少有报道将薄膜的导电性与所用银的总质量联系起来，这是使用昂贵材料时的重要因素。

“我们希望从油墨中消除任何额外的材料，只是简单地研究薄膜中的银含量以及纳米结构之间的接触是唯一的变化来源，”最近Wiley实验室的研究生Ian Stewart说道。 ACS论文的作者。

斯图尔特使用已知的配方烹饪具有不同形状的银纳米结构，包括纳米颗粒，微米薄片，短纳米线和长纳米线，并将这些纳米结构与蒸馏水混合，制成简单的“油墨”。然后，他发明了一种快速简便的方法，可以使用几乎任何实验室提供的设备制作薄膜 - 玻璃载玻片和双面胶带。

“我们用一个打孔器从双面胶带上切下水井并将它们粘在玻璃载玻片上，”斯图尔特说。通过向每个胶带“井”添加精确体积的墨水然后加热孔 - 要么在相对较低的温度下简单地蒸发水或更高温度以开始将结构熔化在一起 - 他创造了各种薄膜来测试。

该团队表示，他们对长纳米线薄膜具有最高导电率并不感到惊讶。Wiley解释说，电子通常很容易通过单个纳米结构流动，但当它们必须从一个结构跳到下一个结构时会被卡住，而长纳米线会大大减少电子必须使其“跳跃”的次数。

但他们对改变的严重程度感到惊讶。“长银纳米线薄膜的电阻率比银纳米粒子低几个数量级，仅比纯银高10倍，”斯图尔特说。

该团队正在尝试使用气溶胶喷射器在可用电路中印刷银纳米线墨水。Wiley说，他们还想探索镀银铜纳米线是否会产生相同的效果，铜纳米线的生产成本比纯银纳米线便宜得多。