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新型超薄膜技术面世,用微型喷嘴以超音速喷射纳米颗粒

日期:2016-12-02

由来自伊利诺伊大学芝加哥分校和高丽大学的纳米材料研究人员组成的跨国研究团队,最近开发出了一种价格低廉而且能方便生产的新型超薄膜技术,该薄膜不仅透光性好,而且还具有非常好的导电能力。

同时,该薄膜可以经受各种弯曲和拉伸变形,其应用前景包括卷曲触摸屏、可穿戴电子产品、柔性太阳能电池和电子皮肤等。

 

 

左侧图片,大尺寸银制纳米线涂层柔性薄膜图片,右侧图片:显微镜下的银制纳米线颗粒图像

这一新型薄膜由银制可熔断纳米线组成,其制造方式是用微型的喷嘴将银制纳米线颗粒以超音速的速度喷射出去。本文的作者,伊利诺伊大学芝加哥分校机械工程系杰出教授Alexander Yarin说,经该方法得到的薄膜具有与银板相近的导电性能,并且还具有可媲美玻璃的透光性。

Yarin说,“银制纳米线是一种非常长而非常细的颗粒”。纳米线约20微米长,四条纳米线连在一起的长度与人的头发直径相当。但是,纳米线的直径却不到其长度的千分之一,而且比可见光的波长要小得多,因此使得光的散射得以最小化。

研究人员将纳米线颗粒悬浮在水中,并利用经过拉伐尔喷管的超音速空气将这些颗粒喷射出去。这种喷管的原理与喷气式发动机十分相似,但其直径仅为几毫米。

“为了能使液体在喷射过程中蒸发,它们首先需要被雾化”,Yarin说到。当纳米线以超过音速的速度轰击物体表面时,它们的动能将转化为热能,使它们熔合在一起。

Yarin说,理想的喷射速度是400米/秒,如果能量过高,比如说600米/秒,就会切断纳米线,而如果能量过低,比如说200米/秒,则产生的热量还不足以熔化纳米线。

研究人员还尝试了将纳米线应用于柔性塑料膜和具有三维形状的物体。Yarin说,“表面形状无关紧要”。

该研究的作者,高丽大学机械工程教授尹杉(Sam Yoon)说,透明柔性薄膜可以反复弯曲,并且拉伸至其原始长度的七倍之后仍然能正常使用。

今年早些时候,研究人员们利用电镀铜纳米纤维制作了一块透明导电膜。与该膜相比,自熔银制纳米线膜具有更好的可扩展性和生产效率。

“这种薄膜的制造将会更容易也更便宜,因为生产过程十分简单”,Yarin说。“你还可以利用轧辊技术在工业生产线上进行连续的大规模生产。”(搜狐科技)

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