La producción más rápida de electrónica avanzada y 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 las películas de nanopartículas de plata, el uso de luz pulsada intensa, o IPL, para fusionar rápidamente las nanopartículas conductoras funcionales, los científicos descubrieron una relación entre la temperatura de la película y la densificación. La densificación en IPL aumenta la densidad deuna película delgada o patrón de nanopartículas, con una 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 no haber cambios en la energía pulsante, y descubrieron que este punto de inflexión aparece porque la densificación durante 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 nivela después del punto de inflexión de la temperatura en IPL, y además permite que la IPL de gran velocidad y área grande alcance todo su potencial como una fabricación escalable y eficienteproceso.
Rajiv Malhotra, profesor asistente de ingeniería mecánica en OSU, y el estudiante graduado Shalu Bansal realizó la investigación. Los resultados se publicaron recientemente en Nanotecnología .
"Para algunas aplicaciones queremos tener la máxima densidad posible", dijo Malhotra. "Para algunas no lo hacemos. Por lo tanto, es 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 del proceso y diseño del equipo en IPL ".
La sinterización de 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 el horno y el láser. El IPL se puede utilizar 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 la densificación se nivela.
"La nivelación de la densidad se produce a pesar de que no ha habido cambios en la energía óptica y aunque la densificación no está completa", dijo Malhotra. "Se produce 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 densidad, se requiere un mayor número de pulsos de baja fluencia.
"Estábamos sinterizando en unos 20 segundos con una temperatura máxima de alrededor de 250 grados centígrados 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 alrededor de 120grados Celsius. Una temperatura más baja es crítica para la fabricación de productos electrónicos flexibles. Para reducir los costos, queremos imprimir estos productos electrónicos flexibles en sustratos como papel y plástico, que se quemarían o fundirían a temperaturas más altas. Al usar IPL, deberíamos poder crear producciónprocesos que son más rápidos y más baratos, sin pérdida de calidad del producto "
Los productos que podrían evolucionar a partir de la investigación, dijo Malhotra, son etiquetas de identificación por radiofrecuencia, una amplia gama de productos electrónicos flexibles, sensores biomédicos portátiles y dispositivos de detección para aplicaciones ambientales.
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Oregón . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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