Nano-3D-printing kan touchscreens veel sneller maken

Touchscreens… We hebben er tegenwoordig allemaal dagelijks mee te maken. In veel apparaten zitten ze geïntegreerd, om te beginnen in onze telefoons en tablets. Soms kunnen touchscreens ondeugdelijk zijn, niet goed reageren op aanraking of in elk geval te traag reageren.

Dit ligt niet aan de interne elektronica van een toestel, maar volledig aan de microscopische elektroden op het oppervlak van de telefoon. Het glazen oppervlak is bedekt met een transparante nanowall van elektroden die reageren op de aanraking van onze vingers. Momenteel worden deze banen worden vervaardigd uit indiumtinoxide. Het materiaal wordt gebruikt voor de transparantie, zodat we niet de banen van elektroden op de oppervlakken van onze apparaten zien, maar het nadeel is dat het niet het meest geleidende materiaal is.

Goud en zilver zijn veel beter geleidend, maar kunnen meestal niet gebruikt worden voor touchscreens omdat ze niet transparant zijn. Elektroden gemaakt van goud of zilver kunnen je scherm razendsnel en uiterst responsief maken, maar je zou dan wel te maken hebben met een zichtbaar metalen raster op het oppervlak van je telefoon of tablet, terwijl je lekker rustig dingen van het scherm tot je had willen nemen.

“Als je zowel hoge geleidbaarheid en transparantie via draden gemaakt van deze metalen wil bereiken, heb je een belangenverstrengeling”, zegt Dimos Poulikakos, professor in thermodynamica aan de ETH Zürich (Zwitsers Federaal Instituut voor Technologie in Zürich). “Als de doorsnede van goud en zilver draden groeit, neemt de geleidbaarheid toe, maar tegelijk neemt de transparantie van het raster af. ‘

Poulikakos en een team van ETH-onderzoekers hebben een manier om dat conflict te omzeilen gevonden, met een ongelooflijke 3D-printing technologie genaamd Nanodrip, die zij drie jaar geleden ontwikkelden. Nanodrip is gebaseerd op een proces genaamd elektrohydrodynamische inkjetdruk, waarbij een inkt uit metalen nanodeeltjes in een oplosmiddel in een glazen microbuisje (capillair) geplaatst wordt. Een elektrisch veld trekt dan de inkt microdruppel voor microdruppel uit de capillair, waardoor minuscule 3D-structuren druppel voor druppel worden opgebouwd.

Nanodrip maakt deze druppeltjes nog kleiner. Door een perfecte balans te construeren tussen de metallic inkt en het elektromagnetische veld, waren Poulikakos en zijn team in staat om de capillaire inktdruppels te laten afscheiden die tien keer kleiner waren dan de opening, waardoor het afdrukken van nog kleinere 3D-structuren mogelijk werd.

“Stel je een druppel water voor die uit de kraan hangt nadat die dicht is gezet,” licht Poulikakos toe. “En stel je voor dat er een andere kleine druppel áán die druppel hangt – daarvan printen we alleen die kleine druppel.”

Wat heeft dit te maken met touchscreens? Welnu, met Nanodrip-technologie, kon het ETH-team gouden en zilveren nanowalls printen van 80 tot 500 nanometer dik, en dat is dun genoeg zodat ze vrijwel onzichtbaar worden. Echter, door de wanden zó te bouwen dat zij ongeveer 2 tot 4 maal zo hoog als breed zijn, heeft de ploeg gewaarborgd dat de elektroden groot genoeg werden om de hogere geleiding van de goud- en zilverinkt te behouden.

Poulikakos en zijn team zijn de eerste onderzoekers ooit die nanowalls 3D-printen op een manier die geschikt is voor gebruik in de touchscreen-technologie. Het proces zal verder worden ontwikkeld voordat het op industriële schaal kan worden uitgevoerd, maar Poulikakos schat dat goud en zilver gebruiken minder duur zal zijn dan indiumtinoxide, omdat die metalen geen cleanroomomgeving vereisen.

Zodra Nanodrip-technologie is opgeschaald voor industriële productie, de potentiële toepassingen omvatten verder ook zonnecellen, die eveneens gebruik maken van transparante elektroden met een hoog geleidingsvermogen – beter geleidende inkten zullen zorgen voor een veel grotere hoeveelheid energie.