10 лучших трековых мотоциклов стоимостью менее 15 000 долларов
Jan 11, 202410 церквей по всему миру получили удивительную новую жизнь
Jun 09, 202310 отличных европейских мотоциклов для опытных гонщиков
Jan 29, 202410 впечатляющих альтернатив Porsche 911
Feb 10, 202410 способов обновить свой мотоцикл
Jun 14, 2023Новая оптика и фотоника
Патрисия Даукантас
Цзюньи Чжао из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, США, демонстрирует использование простой шариковой ручки для написания светодиодов на бумаге. [Изображение: Лаборатория Вана, Вашингтонский университет в Сент-Луисе]
Многие люди любят записывать свои свежие идеи ручкой и бумагой. В будущем они смогут воплотить эти идеи в виде специальных светодиодов на воздушных шарах для вечеринок, одежде или даже в персонализированных медицинских датчиках.
Исследователи из США разработали систему для рукописного ввода светодиодов и фотодетекторов на множество обычных подложек — от бумаги до резины и ткани (Nat. Photon., doi: 10.1038/s41566-023-01266-1). Команда наполнила обычные шариковые ручки специальными «чернилами», содержащими крошечные металлические проволоки и нанокристаллы перовскитов — универсальных полупроводников, которые ярко светятся при правильной стимуляции. По мнению исследователей, потенциальные области применения варьируются от гибких одноразовых носимых датчиков до персонализируемого текстиля и умной упаковки.
«Опыт письма отражает естественный поток повседневного письма», — говорит ведущий автор Цзюньи Чжао, докторант лаборатории Чуан Вана, профессора инженерного дела в Вашингтонском университете в Сент-Луисе, США.
Проверенные временем методы изготовления оптоэлектронных устройств включают центрифугирование, испарение и травление, обычно с использованием вакуумных камер или другого специализированного оборудования. Хотя некоторые ученые, в том числе Ван и его коллеги, пробовали использовать струйную печать и другие более простые системы осаждения в качестве замены, очистка и выравнивание струйных печатающих головок могут стать проблемой.
Два года назад Чжао и Ван представили органо-неорганические оптоэлектронные чернила, состоящие из кристаллов перовскита, встроенных в гибкую полимерную матрицу, и они печатали схемы, подавая это соединение в струйный принтер. Скромная шариковая ручка, наполненная жидкими светодиодами вместо оригинальных чернил, оказалась еще более простым механизмом доставки, но формулу перовскитовых чернил сначала потребовала настройки.
Логотип Вашингтонского университета в Сент-Луисе, нарисованный разноцветными светодиодными «чернилами» на алюминиевой фольге. [Изображение: Лаборатория Вана, Вашингтонский университет в Сент-Луисе]
Чжао говорит, что он и его коллеги тщательно настроили реологию чернил, или их способность растекаться, а также их смачивающую способность, позволяющую создавать однородные линии на различных поверхностях. Команде также пришлось настроить растворители так, чтобы нанесение нескольких слоев оптоэлектронных чернил на одно и то же место не приводило к растворению верхних слоев или нарушению целостности нижних слоев.
«Что касается опыта письма, мы тщательно изучили воздействие силы, прилагаемой к ручке во время процесса письма, определяемого как «мягкое письмо» и «жесткое письмо», — говорит Чжао. «Примечательно, что сила, приложенная к ручке, не поставит под угрозу функциональность наших оптоэлектронных устройств. Интересно, что на ширину пути письма эффективно влияют как мягкие, так и жесткие методы письма. Мягкое письмо дает более узкий путь, тогда как жесткое письмо дает более широкий путь. Такая универсальность в давлении письма способствует настраиваемому разрешению рисунка на конечном устройстве».
Поскольку нарисованные от руки светодиоды имеют вертикальную сэндвич-структуру, исследователи приложили немало усилий, чтобы слои были достаточно разделены и однородны по толщине, чтобы предотвратить утечку тока между верхним и нижним электродами, говорит Ван. «Это проще сделать на плоских и невпитывающих поверхностях, таких как стекло или пластиковые пленки, но становится особенно сложно на волокнистых и пористых подложках, таких как бумага и текстиль», — добавляет он.
По словам Чжао, исследователям необходимо было учитывать время высыхания светодиодных чернил, поскольку любая дизайнерская ценность нарисованных изображений будет потеряна, если чернила размазываются. Чтобы ускорить сушку, команда включила в качестве добавок различные растворители с низкой температурой кипения, включая изопропанол и толуол. «Эти растворители эффективно снизили температуру кипения наших функциональных чернил», — говорит Чжао. «Следовательно, скорость высыхания некоторых слоев, таких как светоизлучающий слой перовскита, буферный слой полиэтиленимина и верхний электрод из серебряной нанопроволоки, была заметно ускорена. Фактически, в некоторых случаях высыхание происходило быстро или сразу, что устраняло необходимость какого-либо периода ожидания».