Un metodo di fabbricazione di conduttori è molto estensibile con argento Nanofili
21 gennaio 2016
Un semplice metodo di sintesi viene utilizzato per saldare chimicamente il film sottile di nanofili d'argento per fabbricare conduttori metallici altamente estensibili e conduttivi.
L'obiettivo generale di questa procedura è quello di fornire un metodo semplice per fabbricare conduttori altamente estensibili per applicazioni nell'elettronica estensibile. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nello sviluppo di elettronica estensibile come la meccanica dei conduttori di collegamento. Il vantaggio principale di questa tecnica è che si tratta di un metodo di fabbricazione semplice.
E la quantità di argento che c'era nella fabbricazione dei conduttori può essere notevolmente ridotta. Per iniziare, preparare 10 millilitri di soluzione acquosa di nitrato d'argento fresco, con DEA in un rapporto di volume di uno a uno. Quindi, fabbricare i film sottili conduttivi estensibili.
Innanzitutto, crea l'inchiostro del nanofilo d'argento diluendo due millilitri di nanofilo d'argento allo 0,5% in isopropanolo, in 18 millilitri di acqua. Sonicare questa miscela per 30 secondi. Quindi, utilizzare una pipetta per trasferire 16 millilitri di questa miscela in un aerografo.
Montare l'aerografo caricato su un robot controllato da computer. Quindi, nella fase di aerografia riscaldata, disporre otto rettangoli di vetro per coprire un'area di quattro per cinque centimetri. Utilizzare del nastro adesivo resistente al calore per fissare le guide in posizione.
Quindi, imposta il tavolino a 100 gradi Celsius e imposta l'aerografo a tre barre. Ora, nel controllo software del robot, selezionare la sequenza di comandi di movimento della spazzola sotto la colonna dei comandi. Quindi, inserire i parametri necessari per completare il programma di spruzzatura automatica ed eseguire il programma.
Consulta il protocollo di testo per maggiori dettagli. Dopo aver spruzzato il vetro, cuocere le pellicole sottili di nanofili d'argento su una piastra calda a 120 gradi Celsius per 10 minuti. Una volta cotto, versare 400 microlitri dell'inchiostro precursore dell'argento preparato sulla pellicola sottile.
Quindi cuocere le pellicole su una piastra calda impostata a 100 gradi Celsius per 40 minuti. Successivamente, sciacquare accuratamente i rivestimenti sotto acqua deionizzata per rimuovere i residui chimici non reagiti. Quindi, asciugare all'aria le pellicole rivestite.
Il passo successivo consiste nel colare 200 microlitri di emulsione PU a base d'acqua sui film sottili nanocompositi d'argento. Quindi, lasciare asciugare le pellicole all'aria per 10 ore in modo che siano completamente solidificate. Una volta completamente solidificati, staccare i campioni dal vetro con una pinza e procedere con il test.
Innanzitutto, esegui un test di allungamento. Inizia riscaldando uno stadio motorizzato lineare. Ora, nel controllo software dello stadio, impostare il numero di passi mobili per il motore su 8000.
Quindi, fare clic su X+ nel software di controllo del tavolino per spostare il tavolino mobile fino a toccare il tavolino fisso. Quando viene stabilito il contatto, fare clic su Imposta 0" nel stage software di controllo. Quindi, fare clic su X-per spostare indietro lo stage mobile.
Spostare il tavolino fino a quando non c'è uno spazio di un centimetro tra i due tavoli. Ora, fissare il campione attraverso la fessura con supporti cablati. Questo crea un'area testabile uno per un centimetro.
Quindi, collegare le clip a coccodrillo al multimetro digitale e registrare la resistenza nell'area di test. Quindi, impostare il numero dei passi mobili del motore su 800 e fare clic su X-per spostare il tavolino mobile di un millimetro più lontano dal tavolino fisso per creare una deformazione del 10% sul campione. Dopo aver prodotto una varietà del 10%, registra la resistenza.
Ripetere questo passaggio fino a quando la resistenza non aumenta in modo significativo, il che potrebbe richiedere uno sforzo del 150%Quindi, procedere con il campione successivo o il test successivo. Successivamente, esegui un test di stabilità. L'installazione è simile allo stretch test, tuttavia, per questo test, collegare il multimetro a un computer in modo che il computer possa registrare i dati.
Nel software di controllo dello stadio, digitare il numero di cicli e fare clic su esegui 1 2 3" nel pannello del programma per eseguire il test di stabilità. Questo muove lo stadio mobile in un movimento alternativo per allungare il campione, con cicli di allungamento in forma d'onda triangolare. Il test finale è il test di illuminazione a LED.
Installare il materiale di prova come prima e collegare i supporti cablati in serie con un LED e un alimentatore. Ora, aumenta l'alimentazione da zero a nove volt. Questo dovrebbe accendere il LED.
Quindi, nel software, creare una deformazione come fatto per la prova di deformazione, fino a quando il LED non si affievolisce. Una volta che un campione supera tutti questi test, può essere considerato un conduttore efficace nelle applicazioni dell'elettronica estensibile. La morfologia del film sottile del nanofilo d'argento dopo il processo di saldatura chimica mostra che le nanoparticelle d'argento recuperate crescono preferenzialmente sulla superficie del nanofilo d'argento e si avvolgono sulle giunzioni filo-filo.
La deformazione di allungamento è stata posta su film sottili non saldati e saldati, contenenti diverse quantità di nanofili d'argento. Entrambi hanno mostrato una resistenza del foglio inferiore a 100 ohm, quando sono state applicate deformazioni inferiori al 120%. I film sottili conduttori estensibili compositi hanno mostrato una grande stabilità meccanica in questo processo di deformazione dinamica.
Quando si sottopone il film sottile a cicli di allungamento in una forma d'onda triangolare a una velocità di deformazione elevata, non sono state osservate variazioni evidenti della resistenza ad ampiezze di deformazione del 50%Quando l'ampiezza di deformazione era del 100%, la resistenza di picco aumentava con i cicli di pulsazione. Dopo che la pulsazione si è fermata, la resistenza del film è tornata al valore originale. Questo metodo può produrre conduttori altamente estensibili per servirci in un'interconnessione efficace per l'elettronica estensibile di prossima generazione.
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Panoramica
Questo articolo presenta un metodo semplice per la fabbricazione di conduttori metallici altamente elastici e conduttivi mediante l'uso di film sottili di nanofili d'argento. La tecnica mira a semplificare il processo produttivo riducendo al contempo la quantità di argento necessaria.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Scienza dei materiali
- Nanotecnologia
- Elettronica
Sfondo
- L'elettronica estensibile sta diventando sempre più importante in varie applicazioni.
- Il collegamento meccanico dei conduttori rappresenta una sfida fondamentale in questo campo.
- Ridurre l'uso di materiali senza compromettere le prestazioni è essenziale.
- Questo metodo affronta efficacemente tali sfide.
Scopo dello studio
- Fornire un metodo di fabbricazione semplice per conduttori estensibili.
- Esplorare gli aspetti meccanici della connessione dei conduttori.
- Minimizzare la quantità di argento utilizzata nel processo.
Metodi Utilizzati
- Preparazione di una soluzione acquosa di nitrato d'argento.
- Miscelazione con DEA in rapporto volumetrico uno a uno.
- Realizzazione di film sottili conduttivi elastici.
- Valutazione delle proprietà meccaniche dei conduttori.
Risultati principali
- Il metodo crea con successo conduttori altamente elastici.
- È stata ottenuta una significativa riduzione nell'uso di argento.
- I conduttori hanno mantenuto una buona conducibilità e allungabilità.
- Questo approccio semplifica il processo di fabbricazione.
Conclusioni
- Il metodo proposto è efficace per la creazione di elettronica estensibile.
- Esso affronta le sfide principali nel campo dei conduttori estensibili.
- Applicazioni future potrebbero trarre vantaggio da questa tecnica di fabbricazione semplificata.
Domande Frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
Conduttori estensibili affidabili sono fondamentali per i dispositivi bioelettronici di nuova generazione, in quanto consentono una trasmissione del segnale robusta sotto deformazione meccanica. Questo metodo di fabbricazione affronta la sfida di mantenere la conducibilità elettrica durante l'allungamento, sostenendo lo sviluppo di piattaforme flessibili per sistemi indossabili e impiantabili. L'approccio migliora la sicurezza predittiva sulla durata e sulle prestazioni del dispositivo in diverse condizioni di utilizzo dinamico.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Permette la verifica funzionale di interfacce bielettroniche estensibili in condizioni di deformazione fisiologicamente rilevanti.
- Supporta la riduzione del rischio meccanicistico confermando la stabilità del conduttore durante cicli ripetuti di deformazione.
- Facilita la valutazione precoce dell'idoneità dei materiali all'integrazione in piattaforme flessibili per il rilevamento.
Sviluppo di screening e saggi
- Fornisce substrati conduttori standardizzati e riproducibili per la prototipazione e la selezione di dispositivi successivi.
- Consente misurazioni quantitative della resistenza sotto deformazione controllata, supportando lo sviluppo di saggi per l'accoppiamento meccanico-elettrico.
- Permette la scalabilità e il riutilizzo della piattaforma riducendo il consumo di argento e semplificando i passaggi di fabbricazione.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Si allinea agli obiettivi traslazionali dimostrando la stabilità del conduttore in condizioni di deformazione dinamica, aspetto rilevante per modelli di dispositivi indossabili e impiantabili.
- Garantisce un percorso continuo dalla scoperta del materiale alla validazione preclinica del dispositivo mantenendo le prestazioni elettriche sotto sforzi operativi.
- Riduce il rischio di malfunzionamento del dispositivo in fasi avanzate dovuto a instabilità meccanico-elettrica.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Questo metodo si integra nel percorso dai materiali al dispositivo, collegando la scoperta iniziale di materiali conduttivi con la prototipazione e la validazione preclinica dei dispositivi.
- Biologia della scoperta: Consente la verifica di ipotesi sulle prestazioni dei materiali sotto stress meccanico rilevanti per gli ambienti biologici.
- Screening: Fornisce dati quantitativi riproducibili sulla resistenza per confrontare formulazioni di conduttori e parametri di fabbricazione.
- Analisi: Supporta l'analisi statistica delle variazioni di resistenza durante i cicli di deformazione, guidando la selezione dei materiali.
- Ricerca traslazionale: Dimostra la stabilità operativa in condizioni che simulano movimenti fisiologici, favorendo la preparazione dei dispositivi per studi preclinici.
- Riutilizzo aziendale: Offre un protocollo di fabbricazione scalabile ed efficiente sotto il profilo delle risorse, adattabile a diversi progetti di elettronica flessibile.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva nell'affidabilità del conduttore per applicazioni bioelettroniche dinamiche.
- Valore operativo: Semplifica la fabbricazione riducendo l'uso di argento e semplificando i passaggi di lavorazione.
- Valore strategico: Consente decisioni più accurate su prosegui/non prosegui nello sviluppo dei materiali sulla base di prestazioni meccanico-elettriche quantitative.
- Impatto sul portafoglio: Supporta la priorizzazione adeguata al rischio dei candidati per dispositivi flessibili da sottoporre a ulteriore sviluppo.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze nella manipolazione di nanomateriali e nella fabbricazione di film sottili.
- Necessita dell'accesso a strumentazione per rivestimenti a spruzzo controllati, riscaldamento e prove meccaniche.
- Richiede una standardizzazione intersettoriale dei protocolli di misurazione della resistenza sotto deformazione.
- Potrebbe essere necessaria un'adattamento per diversi materiali di substrato o architetture di dispositivi.
- Le prestazioni sono state validate fino al 120% di allungamento; applicazioni con deformazioni maggiori potrebbero richiedere ulteriori ottimizzazioni.
