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美国杜克大学通过在液体中悬浮微小金属颗粒，研制出导电性喷墨打印机用“墨水”，可在几乎任何表面打印廉价、定制电路图形。 打印电子器件已广泛用于设备中，如新型DVD背面的防盗射频识别标签，但存在一个重要缺陷，如果要电路能工作，他们首先需对其进行加热，使所有纳米颗粒能够融化形成单一导电线，因此在廉价塑料或纸张上打印电路变得不可能。 杜克大学助理化学教授Benjamin Wiley表示，银已成为制造打印电子器件的核心材料，最近出现了大量测量带有不同形状银纳米结构薄膜导电性的研究。但是，实验中的各种变量使得不同形状的比较很困难，极少研究将薄膜的导电性与所用银总量进行了关联，而这是一个重要的因素，尤其是当使用的是价格昂贵的材料时。 图为不同形状的纳米颗粒 杜克大学的新研究显示，改变墨水中纳米颗粒的形状可以减少加热所需热量。通过比较由不同形状银纳米结构组成的薄膜的导电性，研究人员发现电子迅速穿过由银纳米线组成的薄膜要比穿过由纳米球或微薄片等其他形状组成的薄膜容易得多。电子能如此容易地经过纳米线薄膜，意味着能够在打印的电路中发挥功能，而不需要一起融化。 Wiley表示：“纳米线的导电能力是RFID标签打印天线中通常所用银纳米颗粒导电能力的4000倍，因此如果使用纳米线，不需要将打印电路加热到如此高的高温，就可以使用更廉价的塑料或纸张。除了这些银纳米线外，没有其他什么事情我能想象得到可以打印，它很简单地就能导电不用任何后处理。” 研究的第一作者、Wiley实验室最近毕业的学生Ian Stewart说：“我们希望能够消除油墨中额外的材料，仅是关注薄膜中银的使用量，以及将纳米结构的互连作为唯一变量源” Stewart使用已知的方法来构造带有不同形状的纳米结构，包括纳米颗粒、微薄片、长和短纳米线、使用蒸馏水混合这些纳米结构来制作简单“墨水”，然后使用任意实验室都有的设备-载玻片和双面胶带，发明了一个快速和简单方法来制作薄膜。 Stewart说：“我们使用一个开孔机来在双面胶带上开出“孔洞”，然后粘到载波片上”。首先在每个胶带孔洞上加入精确量的墨水，然后加热“孔洞”，或者加热到相对低、仅够蒸发水的温度，或者高到融化纳米结构的温度，以此产生了多种要测试的薄膜。 研究团队表示，长纳米线薄膜有最高的导电性，对此他们并不感到惊奇。Wiley解释道，电子通常能够容易地穿过单独的纳米结构，但是当它们从一个结构跳到另一个结构时通常会被卡住，长纳米线可以减少电子需要做的这种跳跃的次数。 但令研究团队感到惊奇的是，这种变化的激烈程度。Steward说：“长银纳米线薄膜电阻值比银纳米颗粒要少几个数量级，只比纯银高10倍。” 这些打印电子器件的应用远不只是智能封装；研究人员希望能使用这些技术来实现太阳能电池、打印的显示器、LED、触摸屏、放大器、电池，甚至可植入式生物电子器件。 研究团队现在尝试使用气溶胶喷射来打印银纳米线墨水实现实用化电路，同时还打算探索镀银铜纳米线（成本比纯银纳米线低到多）是否具有同样的效果。 该研究有国家科学基金会（NSF）和杜克大学化学学院的GAANN奖学金给予资金支持。 |
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