Międzynarodowy zespół naukowców opracowuje nadający się do tuszu nanomateriał, który według nich może pewnego dnia stać się nanoszonym natryskowo komponentem elektronicznym do ultracienkich, lekkich i elastycznych wyświetlaczy i urządzeń.
Zdaniem zespołu materiał, tlenek cynku, mógłby zostać zastosowany w wielu komponentach przyszłych technologii, w tym w telefonach komórkowych i komputerach, dzięki swojej wszechstronności i najnowszym postępom w nanotechnologii.
Profesor nadzwyczajny Uniwersytetu RMIT, Enrico Della Gaspera i dr Joel van Embden, przewodzili zespołowi globalnych ekspertów w celu przeglądu strategii produkcji, możliwości i potencjalnych zastosowań nanokryształów tlenku cynku w czasopiśmie Chemical Reviews, międzynarodowym czasopiśmie o dużym wpływie.
Współautorami są profesor Silvia Gross z Uniwersytetu w Padwie we Włoszech i profesor nadzwyczajny Kevin Kittilstved z Uniwersytetu Massachusetts Amherst w Stanach Zjednoczonych.
„Postęp w nanotechnologii pozwolił nam znacznie poprawić i dostosować właściwości i działanie tlenku cynku, czyniąc go bardzo małym i dobrze zdefiniowanym” – powiedziała Della Gaspera z RMIT’s School of Science.
“Małe i wszechstronne cząsteczki tlenku cynku można teraz wytwarzać z wyjątkową kontrolą ich wielkości, kształtu i składu chemicznego w nanoskali” – powiedział van Embden, również z RMIT’s School of Science.
„Wszystko to prowadzi do precyzyjnej kontroli uzyskanych właściwości dla niezliczonych zastosowań w optyce, elektronice, energetyce, technologiach wykrywania, a nawet odkażaniu mikrobiologicznym”.
Niebo jest granicą dzięki elektronice w sprayu
Nanokryształy tlenku cynku można formułować w tusz i osadzać jako ultracienką powłokę. Proces ten przypomina druk atramentowy lub malowanie aerografem, ale powłoka jest setki do tysięcy razy cieńsza niż konwencjonalna warstwa farby.
„Powłoki te mogą być wysoce przezroczyste dla światła widzialnego, a jednocześnie bardzo dobrze przewodzić prąd elektryczny – dwie podstawowe cechy potrzebne do produkcji ekranów dotykowych” – powiedział Della Gaspera.
Zespół twierdzi, że nanokryształy można również osadzać w niskiej temperaturze, co umożliwia tworzenie powłok na elastycznych podłożach, takich jak tworzywa sztuczne, które są odporne na zginanie i zginanie.
Zespół jest gotowy do współpracy z przemysłem w celu zbadania potencjalnych zastosowań przy użyciu ich technik do wytwarzania powłok nanomateriałowych.
Co to jest tlenek cynku i jak można go stosować?
Cynk jest pierwiastkiem powszechnie występującym w skorupie ziemskiej i występującym w większej ilości niż wiele innych metali o znaczeniu technologicznym, w tym cyna, nikiel, ołów, wolfram, miedź i chrom.
„Cynk jest już tani i szeroko stosowany w różnych gałęziach przemysłu, a globalna roczna produkcja sięga milionów ton” – powiedział van Embden.
Tlenek cynku jest materiałem intensywnie badanym, a wstępne badania naukowe prowadzone są od początku XX wieku.
„Tlenek cynku zyskał duże zainteresowanie w latach 70. i 80. ze względu na postęp w przemyśle półprzewodnikowym. A wraz z nadejściem nanotechnologii i postępem zarówno w syntezie, jak i technikach analizy, tlenek cynku szybko zyskał popularność jako jeden z najważniejszych materiałów tego wieku” – powiedział Della Gaspera.
Tlenek cynku jest również bezpieczny, biokompatybilny i występuje już w produktach takich jak filtry przeciwsłoneczne i kosmetyki.
Potencjalne zastosowania, inne niż giętka elektronika, które mogłyby wykorzystywać nanokryształy tlenku cynku, obejmują:
powłoki samoczyszczące środki antybakteryjne i przeciwgrzybicze czujniki do wykrywania promieniowania ultrafioletowego elementy elektroniczne w ogniwach słonecznych i urządzeniach emitujących światło (LED) tranzystory, które są miniaturowymi elementami sterującymi sygnałami elektrycznymi i stanowią podstawę nowoczesnej elektroniki czujniki mogące służyć do wykrywania szkodliwych gazy do zastosowań mieszkaniowych, przemysłowych i środowiskowych.
Następne kroki
Zwiększenie skali podejścia zespołu z laboratorium do środowiska przemysłowego wymagałoby współpracy z odpowiednimi partnerami, powiedział Della Gaspera.
“Skalowalność jest wyzwaniem dla wszystkich rodzajów nanomateriałów, w tym tlenku cynku” – powiedział.
„Możliwość odtworzenia tych samych warunków, które osiągamy w laboratorium, ale przy znacznie większych reakcjach, wymaga zarówno dostosowania rodzaju stosowanej chemii, jak i innowacji inżynieryjnych w konfiguracji reakcji”.
Oprócz tych wyzwań związanych ze skalowalnością, zespół musi zająć się niedoborem przewodnictwa elektrycznego, jaki mają powłoki nanokrystaliczne w porównaniu z wzorcami przemysłowymi, które opierają się na bardziej złożonych osadach fizycznych. Wewnętrzna struktura powłok nanokrystalicznych, która zapewnia większą elastyczność, ogranicza zdolność powłoki do wydajnego przewodzenia prądu elektrycznego.
„My i inni naukowcy z całego świata pracujemy nad sprostaniem tym wyzwaniom i poczyniono znaczne postępy” – powiedział Della Gaspera.
Widzi ogromne możliwości współpracy z innymi organizacjami i partnerami branżowymi, aby stawić czoła tego rodzaju wyzwaniom.
„Jestem przekonany, że przy odpowiednim partnerstwie można sprostać tym wyzwaniom” — powiedział Della Gaspera.