In 3d geprinte 'nanomuurtjes' kunnen touchscreens beter maken

Onderzoekers van de technische universiteit ETH Zürich hebben een methode ontwikkeld om elektrodes te printen door gebruik te maken van een nanoprinttechniek. Het geprinte grid van gouden of zilveren nanostructuren is nagenoeg onzichtbaar voor het blote oog.

Volgens de onderzoekers geleiden de elektrodes van gouden nanodeeltjes een stuk beter en zijn ze transparanter dan films van indium-tin-oxide, waarmee de meeste touchscreens tegenwoordig geleidend gemaakt worden. Goud en zilver hebben dan weer als nadeel dat ze in filmvorm niet transparant zijn. Een grid van elektrodes kan uitkomst bieden, als het maar goed genoeg geleidt. Dat laatste verkregen de onderzoekers door de elektrodes twee tot vier keer zo hoog te maken als ze breed zijn. Die verhouding verzekert dat de 'muren' de elektriciteit in verschillende richtingen goed geleiden.

Het grid van gouden nanomuurtjes is slechts 300 nanometer dik en wordt geprint op glas via een proces genaamd 'nanodrip'. Nanodrip lijkt wat techniek betreft op een inkjetprinter en bouwt laagje voor laagje een grid van nanomuurtjes op. De inkt zelf bestaat uit gouden nanodeeltjes in een oplosmiddel. Het oplosmiddel verdampt snel na het printen op de ondergrond.

Het nanodrip-printproces werkt met een 'elektrohydrodynamische inkjetprinter'. Bij dit proces trekt een elektrisch veld een minuscule druppel metallische inkt, ofwel metalen nanodeeltjes in een oplosmiddel, uit een glazen, capillair buisje. De druppels die uit het buisje komen, zijn door de combinatie van het elektromagnetische veld en de samenstelling van de druppels zo'n tien keer zo klein als de opening waar ze uitkomen, waardoor heel kleine structuren geprint kunnen worden.

Een volgende uitdaging is volgens de onderzoekers het opschalen van het proces. De onderzoekspaper is te vinden in het tijdschrift Advanced Functional Materials.

Grid van geprinte, gouden nanomuurtjes van 300 nanometer dik. Foto: Schneider J et al.

Reacties (20)

[janbaarda]

Ben zeer nieuwsgierig naar het oplosmiddel voor gouden nanodeeltjes. Goud lost normaal gesproken alleen op in zoiets agressiefs als koningswater (3:1-mengsel van geconcentreerd zoutzuur en geconcentreerd salpeterzuur).

[letatcest]

In het artikel zelf staat dat er verschillende colloidal inks gebruikt zijn, eentje met zilveren en twee met gouden nanodeeltjes. De deeltjes van de ene gouden inkt zijn tussen de 3 en 7 nanometer groot. De deeltjes zelf worden dus niet nog een keer zelf opgelost, 'die zweven' in de oplossing. De nanodeeltjes werden verdund met n-tetradecane to 3 wt% solid content. De nadere goudinkt a custom made ink with 5 nm gold particles capped with 1-octanethiol as stabilizing surfactant was used en voor het zilver: A commercial silver ink from NanoMAS Technologies (NanoSilver) with nanoparticle diameters between 2 and 10 nm was diluted in n-tridecane to 3 wt% solid content.

Het geheel werd geprint op boriumsilicaat, beter bekend als laboratoriumglas, van 500 micrometer dik. De gridbanen zelf werden gescheiden door een afstand van 100 micrometer. De stukjes testglas waren 7 bij 7 millimeter groot.

En de rest was al min of meer uitgelegd in het artikel zelf

[Verwijderd]

Alleen nep goud lost op in koningswater?

[Molybdenum]

Goud nanodeeltjes hebben vaak op het oppervlak zwavelhoudende groepen zitten (zwavel bindt redelijk goed aan goud) - een soort zeer dunne coating dus. Hierdoor is het deeltje oplosbaar zelfs in water. Oplosbaar is eigenlijk geen goed woord, het deeltje wordt in het oplosmiddel gestabiliseerd door de molecuulgroepen op het oppervlak, net zoals bv zeep dat doet met vetdruppeltjes (die lossen normaal niet op in water).

De molecuulgroepen op het oppervlak hebben nog een functie: ze houden het nanodeeltje stabiel. Een goud nanodeeltje heeft door zijn kleine diameter zoveel oppervlakte energie (door de kromming van het oppervlak) dat als er geen coating op zat de deeltjes meteen met elkaar zouden fuseren tot grotere deeltjes. Dit is handig, want na printen kan je bv met een warmtestap de coating wegstoken en dan fuseren de gouddeeltjes tot één geheel, wat voor de elektrische geleiding zeer gunstig is.

[KompjoeFriek]

Ik vermoed dat dit oplosmiddel alleen tijdens het printproces gebruikt wordt. De nanodeeltjes worden daarvoor al geproduceerd volgens een van de vele methodes.

[Reactie gewijzigd door KompjoeFriek op 7 augustus 2024 12:56]

[bosbeetle]

Dat is niet helemaal waar zoiets als goudchloride lost ook op in ether of ammonium https://en.wikipedia.org/wiki/Gold(III)_chloride En er zijn nog wel andere goud zouten die gewoon oplosbaar zijn.

K[Au(CN)4] is zelfs wateroplosbaar dus rare oplosmiddelen zijn niet nodig.

Ah ik zie dat de rest me al voor was met betere uitleg.

[Reactie gewijzigd door bosbeetle op 7 augustus 2024 12:56]

[FireStarter]

Wil dit dan ook zeggen dat je goud zou kunnen creëren?

[bosbeetle]

Ja in een kernreactor maar dat is een stuk duurder om te maken dan goud waard is.

[nullbyte]

Goud lost alleen op in koningswater.

[Reactie gewijzigd door nullbyte op 7 augustus 2024 12:56]

[EricWN]

Als ik het goed zie, ligt dit grid bovenop het glas. Het lijkt mij dat bij de eerste de beste kras dit grid beschadigt en minder functioneel wordt. Is er iemand die mij kan uitleggen waarom het wel werkt?

[Countess]

nee, het zit onder het glas, net als bij de huidige touch screens. het werkt door het meten van veranderingen in het magnetische veld veroorzaakt door jouw vinger (of iets anders geleidende) en kan daarom beschermt zitten achter de glasplaat.

eerste plaatje van deze link is heel illustratief voor hoe het werkt
http://www.embedded.com/d...citance-sensor-algorithms

Op het plaatje hier op tweakers zit het aan de boven kant omdat ze de productie laten zien, niet het gebruik.

[Reactie gewijzigd door Countess op 7 augustus 2024 12:56]

[BRAINLESS01]

Als ik het goed begrijp is dat met de bestaande film van indium-tin-oxide ook al zo, maar met normale touchscreens heb ik er nooit last van. Misschien kunnen ze dezelfde techniek gebruiken om deze grid intact te houden?

[Verwijderd]

Het opschalen lijkt me inderdaad een leuke uitdaging en zal wel op de productietijd slaan. Misschien dat een printkop ook al uitgeprint kan worden en men een matrix van printkoppen gaat afdrukken om de parallel te printen. Iemand die meer hierover weet ?

[Jolke]

Upscaling is idd een grote uitdaging bij Electro Hydrodynamic Inkjet (EHJ). Je print namelijk femto-picoliters aan druppels en meestal dmv single nozzle systemen. Hiermee haal je snelheden van 'slechts' een aantal micrometers per seconde.
Een van de manieren om de snelheid omhoog te krijgen is door gebruik te maken van meerdere nozzles (multi-nozzle, en daarna een array van multi-nozzles). Echter de spanning die je nodig hebt om zulke kleine druppels te vormen, ligt in de orde van kV. Hiermee krijg je al snel cross-talk tussen de nozzles; de ene nozzle beïnvloed de ander.

[matroosoft]

Het wordt mij uit het artikel niet helemaal duidelijk wat nu het voordeel van deze techniek is, behalve verbeterde geleidbaarheid. Kan je daaruit concluderen dat de weerstand lager is, waardoor het display minder warm zal worden en minder stroom gebruikt? Ofwel, een verbeterde efficiëntie?

[O88088]

De tweet van Tweakers:

Kunnen #touchscreens beter en gevoeliger? Dat kan met #gouden #nanomuurtjes vinden Zwitserse onderzoekers

Het lijkt er dus op dat het gaat om de gevoeligheid. Waar het woord 'beter' op slaat weet ik ook niet. Wat ik me wel afvraag is of een gevoeliger touchscreen wel nodig is. Uiteindelijk bedien je het met je vingers en die hebben toch een bepaalde dikte/onnauwkeurigheid.

[slopert]

Een groot probleem met touch screens is de ruis die het heeft. Ik denk dat ze dat bedoelen met beter.
Minder ruis zou betekenen dat de touch nauwkeuriger en sneller gedetecteerd zou kunnen worden.

[rapsac]

Waarschijnlijk blijft het heel omdat er op de achterkant van het glas geprint wordt.

[SemwiseTheBrave]

Als je kras diep genoeg is (in feite een barst) kan het inderdaad voorkomen dat je scherm niet meer reageert, of iig een deel ervan.

Maar omdat er over de glasplaat met grid nog enkele andere lagen komen, waaronder nog een glasplaat (cover) is de kans vrij klein dat het scherm niet meer reageert als je er op krast.

Edit:
voor de werking van een touchscreen kan je op onderstaande link klikken
[url]http://http://www.cellstrat.com/blog/?tag=capacitive[/url]

[Reactie gewijzigd door SemwiseTheBrave op 7 augustus 2024 12:56]

[[Remmes]]

"beter maken"

Beter op wat voor een manier? accurater? lagere responsetijd? word het beeld beter? en hoeveel beter is beter?

Heel leuk het hele verhaal van hoe de muurtjes nou gemaakt worden, maar geen enkele vergelijkingen tussen bestaande manier(en) en deze muurtjes.

[Reactie gewijzigd door [Remmes] op 7 augustus 2024 12:56]