Un método de fabricación de conductores altamente extensibles con nanocables de plata
21 de enero de 2016
Se utiliza un método de síntesis simple para soldar químicamente una película delgada de nanocables de plata para fabricar conductores metálicos altamente elásticos y conductores.
El objetivo general de este procedimiento es proporcionar un método simple para fabricar conductores altamente elásticos para aplicaciones en electrónica estirable. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el desarrollo de componentes electrónicos estirables, como la mecánica de los conductores de conexión. La principal ventaja de esta técnica es que es un método de fabricación sencillo.
Y la cantidad de plata que había en la fabricación de los conductores puede reducirse considerablemente. Para comenzar, prepare 10 mililitros de solución acuosa fresca de nitrato de plata, con DEA en una proporción de volumen de uno a uno. A continuación, fabrique las películas delgadas conductoras estirables.
Primero, haga la tinta de nanocable de plata diluyendo dos mililitros de nanocable de plata al 0,5% en isopropanol, en 18 mililitros de agua. Sonica esta mezcla durante 30 segundos. A continuación, utiliza una pipeta para transferir 16 mililitros de esta mezcla a un aerógrafo.
Monte el aerógrafo cargado en un robot controlado por computadora. Luego, en la etapa de aerografía calentada, coloque ocho rectángulos de vidrio para cubrir un área de cuatro por cinco centímetros. Use cinta adhesiva resistente al calor para fijar los portaobjetos en su lugar.
Luego, pon el escenario a 100 grados centígrados y configura el aerógrafo a tres barras. Ahora, en el control de software del robot, seleccione la secuencia de comandos de movimiento del pincel en la columna de comandos. Luego, ingrese los parámetros necesarios para completar el programa de pulverización automática y ejecute el programa.
Consulte el protocolo de texto para obtener más detalles. Después de rociar el vidrio, hornee las películas delgadas de nanocables de plata en una placa caliente a 120 grados centígrados durante 10 minutos. Una vez horneado, echa 400 microlitros de la tinta precursora de plata preparada sobre la película fina.
A continuación, hornee las películas en una placa caliente a 100 grados centígrados durante 40 minutos. Más tarde, enjuague cuidadosamente los recubrimientos con agua desionizada para eliminar los residuos químicos no reaccionados. A continuación, seque al aire las películas recubiertas.
El siguiente paso es fundir 200 microlitros de emulsión de PU a base de agua sobre las películas delgadas de nanocompuestos de plata. Luego, deje que las películas se sequen al aire durante 10 horas para que estén completamente solidificadas. Una vez que estén completamente solidificadas, retire las muestras del vidrio con pinzas y proceda a analizarlas.
Primero, ejecute una prueba de estiramiento. Comience calentando una etapa motorizada lineal. Ahora, en el control de software de la etapa, establezca el número de pasos móviles para el motor en 8000.
A continuación, haga clic en X+en el software de control de escenario para mover el escenario móvil hasta que toque el escenario fijo. Cuando se establezca el contacto, haga clic en Establecer 0" en el software de control de escenario. A continuación, haga clic en X-para mover el escenario móvil hacia atrás.
Mueva la etapa hasta que haya un espacio de un centímetro entre las dos etapas. Ahora, asegure la muestra a través del espacio con soportes con cable. Esto crea un área comprobable de uno por centímetro.
A continuación, conecte las pinzas de cocodrilo al multímetro digital y registre la resistencia en el área de prueba. A continuación, establezca el número de pasos móviles del motor en 800 y haga clic en X-para alejar la etapa móvil un milímetro más de la etapa fija para crear una deformación del 10% en la muestra. Después de producir una deformación del 10%, registre la resistencia.
Repita este paso hasta que la resistencia aumente significativamente, lo que puede requerir una deformación del 150%Luego, continúe con la siguiente muestra o la siguiente prueba. A continuación, realice una prueba de estabilidad. La configuración es como la prueba de estiramiento, sin embargo, para esta prueba, conecte el multímetro a una computadora para que la computadora pueda registrar los datos.
En el software de control de etapas, ingrese el número de ciclos y haga clic en ejecutar 1 2 3" en el panel de programas para ejecutar la prueba de estabilidad. Esto mueve la platina móvil en un movimiento alternativo para estirar la muestra, con ciclos de elongación en forma de onda triangular. La prueba final es la prueba de iluminación LED.
Configure el material de prueba como antes y conecte los soportes cableados en serie con un LED y una fuente de alimentación. Ahora, aumente la fuente de alimentación de cero a nueve voltios. Esto debería encender el LED.
Luego, en el software, cree la deformación como se hizo para la prueba de deformación, hasta que el LED se atenúe. Una vez que una muestra pasa todas estas pruebas, puede considerarse un conductor eficaz en las aplicaciones de electrónica estirable. La morfología de la película delgada de nanocables de plata después del proceso de soldadura química muestra que las nanopartículas de plata recuperadas crecen preferentemente en la superficie del nanocable de plata y se envuelven sobre las uniones de alambre-alambre.
La tensión de elongación se aplicó en películas delgadas soldadas y sin soldar, que contenían diferentes cantidades de nanoalambre de plata. Ambos mostraron una resistencia de la lámina por debajo de 100 ohmios, cuando se aplicaron deformaciones por debajo del 120%. Las películas delgadas conductoras estirables compuestas mostraron una gran estabilidad mecánica en este proceso de deformación dinámica.
Al someter la película delgada a ciclos de elongación en una forma de onda triangular a una velocidad de deformación rápida, no se observaron cambios obvios en la resistencia a amplitudes de deformación del 50%Cuando la amplitud de deformación era del 100%, la resistencia máxima aumentaba con los ciclos de pulsación. Después de que la pulsación se detuvo, la resistencia de la película volvió al valor original. Este método puede producir conductores altamente estirables para servirnos en una interconexión efectiva para la electrónica estirable de próxima generación.
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Resumen
Este artículo presenta un método sencillo para fabricar conductores metálicos altamente elásticos y conductivos utilizando películas delgadas de nanocables de plata. La técnica tiene como objetivo simplificar el proceso de producción mientras reduce la cantidad de plata necesaria.
Componentes Clave del Estudio
Área de la Ciencia
- Ciencia de Materiales
- Nanotecnología
- Electrónica
Antecedentes
- La electrónica flexible es cada vez más importante en diversas aplicaciones.
- La conexión mecánica de conductores es un desafío clave en este campo.
- Reducir el uso de materiales sin comprometer el rendimiento es esencial.
- Este método aborda eficazmente estos desafíos.
Objetivo del estudio
- Proporcionar un método sencillo de fabricación para conductores elásticos.
- Explorar los aspectos mecánicos de la conexión de conductores.
- Minimizar la cantidad de plata utilizada en el proceso.
Métodos Utilizados
- Preparación de solución acuosa de nitrato de plata.
- Mezcla con DEA en una relación de volumen uno a uno.
- Fabricación de películas delgadas conductoras elásticas.
- Evaluación de las propiedades mecánicas de los conductores.
Resultados principales
- El método crea con éxito conductores altamente elásticos.
- Se logró una reducción significativa en el uso de plata.
- Los conductores mantuvieron una buena conductividad y elasticidad.
- Este enfoque simplifica el proceso de fabricación.
Conclusiones
- El método propuesto es eficaz para crear electrónica extensible.
- Aborda desafíos clave en el campo de los conductores extensibles.
- Las aplicaciones futuras podrían beneficiarse de esta técnica de fabricación simplificada.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
Los conductores elásticos confiables son fundamentales para los dispositivos bioelectrónicos de próxima generación, ya que permiten una transmisión de señales robusta bajo deformación mecánica. Este método de fabricación aborda el desafío de mantener la conductividad eléctrica durante el estiramiento, favoreciendo el desarrollo de plataformas flexibles para sistemas portátiles e implantables. El enfoque mejora la confianza predictiva en la durabilidad y el rendimiento del dispositivo en diversos casos de uso dinámicos.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite la prueba funcional de interfaces bioelectrónicas estirables bajo condiciones de tensión fisiológicamente relevantes.
- Apoya la reducción mecanicista de riesgos mediante la validación de la estabilidad del conductor durante ciclos repetidos de deformación.
- Facilita la evaluación temprana de la idoneidad de los materiales para su integración en plataformas sensoras flexibles.
Desarrollo de Cribado y Ensayos
- Proporciona sustratos conductores estandarizados y reproducibles para la prototipificación y selección de dispositivos posteriores.
- Ofrece mediciones cuantitativas de resistencia bajo deformación controlada, lo que favorece el desarrollo de ensayos para el acoplamiento mecánico-eléctrico.
- Posibilita la escalabilidad y la reutilización de la plataforma al reducir el consumo de plata y simplificar los pasos de fabricación.
Investigación Traslacional y Preclínica
- Se alinea con los objetivos traslacionales al demostrar la estabilidad del conductor bajo deformación dinámica, relevante para modelos de dispositivos portátiles e implantables.
- Apoya la continuidad desde el descubrimiento de materiales hasta la validación preclínica de dispositivos al mantener el rendimiento eléctrico bajo tensiones operativas.
- Reduce el riesgo de fallo del dispositivo en etapas avanzadas debido a inestabilidad mecánico-eléctrica.
Integración de la tubería y flujo de trabajo
Este método se integra en la continuidad de materiales a dispositivos, conectando el descubrimiento inicial de materiales conductores con la prototipación y validación de dispositivos en fase preclínica.
- Biología de Descubrimiento: Permite probar hipótesis sobre el rendimiento de materiales bajo estrés mecánico relevante para entornos biológicos.
- Selección: Proporciona datos cuantitativos y reproducibles de resistencia para comparar formulaciones de conductores y parámetros de fabricación.
- Análisis: Facilita el análisis estadístico de los cambios de resistencia a lo largo de ciclos de deformación, orientando la selección de materiales.
- Investigación Traslacional: Demuestra estabilidad operacional en condiciones que simulan movimientos fisiológicos, favoreciendo la preparación de dispositivos para etapas preclínicas.
- Reutilización Empresarial: Ofrece un protocolo de fabricación escalable y eficiente en recursos, adaptable a diversos proyectos de electrónica flexible.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva en la fiabilidad del conductor para aplicaciones bioelectrónicas dinámicas.
- Valor operativo: Optimiza la fabricación mediante la reducción del uso de plata y la simplificación de los pasos de procesamiento.
- Valor estratégico: Permite tomar decisiones más fundadas sobre la continuidad o descarte del avance de materiales, basadas en el rendimiento mecánico-eléctrico cuantitativo.
- Impacto en el portafolio: Apoya la priorización ajustada al riesgo de candidatos a dispositivos flexibles para su posterior desarrollo.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en el manejo de nanomateriales y la fabricación de películas delgadas.
- Necesita acceso a instrumentación controlada para recubrimiento por pulverización, calentamiento y pruebas mecánicas.
- Exige la estandarización entre equipos de los protocolos de medición de resistencia bajo tensión.
- Puede ser necesaria una adaptación para diferentes materiales de sustrato o arquitecturas de dispositivos.
- El rendimiento se ha validado hasta un alargamiento del 120 %; para aplicaciones con tensiones superiores puede requerirse una optimización adicional.
