Engenheiros da Oregon State University fizeram uma descoberta fundamental na compreensão da física da "sinterização fotônica, "o que pode levar a muitos novos avanços em células solares, eletrônica flexível, vários tipos de sensores e outros produtos de alta tecnologia impressos em algo tão simples como uma folha de papel ou plástico.

Sinterização é a fusão de nanopartículas para formar um sólido, filme fino funcional que pode ser usado para muitos propósitos, e o processo pode ter um valor considerável para novas tecnologias.

A sinterização fotônica tem a possível vantagem de maior velocidade e menor custo, em comparação com outras tecnologias de sinterização de nanopartículas.

Na nova pesquisa, Os especialistas da OSU descobriram que as abordagens anteriores para entender e controlar a sinterização fotônica foram baseadas em uma visão falha da física básica envolvida, o que levou a uma superestimação grosseira da qualidade do produto e da eficiência do processo.

Com base na nova perspectiva desse processo, que foi descrito na Nature's Relatórios Científicos , pesquisadores agora acreditam que podem criar produtos de alta qualidade em temperaturas muito mais baixas, pelo menos duas vezes mais rápido e com 10 vezes mais eficiência energética.

Removendo restrições nas temperaturas de produção, velocidade e custo, os pesquisadores dizem, deve permitir a criação de muitos novos produtos de alta tecnologia impressos em substratos baratos como papel ou filme plástico.

"A sinterização fotônica é uma forma de depositar nanopartículas de forma controlada e, em seguida, juntá-las, e tem sido de grande interesse, "disse Rajiv Malhotra, professor assistente de engenharia mecânica na Faculdade de Engenharia da OSU. "Até agora, Contudo, não entendíamos realmente a física subjacente ao que estava acontecendo. Foi pensado, por exemplo, que a mudança de temperatura e o grau de fusão não estavam relacionados - mas na verdade isso importa muito. "

Com os conceitos descritos no novo estudo, a porta está aberta para o controle preciso da temperatura com tamanhos menores de nanopartículas. Isso permite maior velocidade do processo e produção de alta qualidade em temperaturas pelo menos duas vezes mais baixas do que antes. Foi identificado um efeito inerente de "autoamortecimento" que tem um grande impacto na obtenção da qualidade desejada do filme acabado.

"A temperatura mais baixa é uma chave real, "Disse Malhotra." Para baixar os custos, queremos imprimir esses produtos nanotecnológicos em coisas como papel e plástico, que queimaria ou derreteria em altas temperaturas. Agora sabemos que é possível, e como fazer. Devemos ser capazes de criar processos de produção que sejam rápidos e baratos, sem perda de qualidade. "

Produtos que podem evoluir a partir da pesquisa, Malhotra disse, incluem células solares, sensores de gás, etiquetas de identificação de radiofrequência, e uma ampla gama de eletrônicos flexíveis. Sensores biomédicos vestíveis podem surgir, junto com novos dispositivos de detecção para aplicações ambientais.

Nesta tecnologia, a luz de uma lâmpada de xenônio pode ser transmitida por áreas comparativamente grandes para fundir nanopartículas em filmes finos funcionais, muito mais rápido do que com métodos térmicos convencionais. Deve ser possível expandir o processo para grandes níveis de fabricação para uso industrial.

Esse avanço foi possível por um período de quatro anos, Subsídio de nanofabricação escalável da National Science Foundation de US $ 1,5 milhão, que se concentra em transcender as barreiras científicas para a produção de nanomateriais no nível da indústria. Os colaboradores da OSU incluem Chih-hung Chang, Alan Wang e Greg Herman.

Os pesquisadores da OSU trabalharão com dois fabricantes na indústria privada para criar uma instalação de prova de conceito no laboratório, como a próxima etapa para trazer essa tecnologia para a produção comercial.