UC scientists develop highly promising material for a new generation of electronic devices
Researchers believe that in the future these special nanoparticles could be printed onto large conductive surfaces at low cost.
Abridged version in English: Diana Taborda
For the first time, a research team of the University of Coimbra (UC), led by Mahmoud Tavakoli, has developed a liquid metal nanocomposite coated with graphene, which can be used as a transparent conductor, which can be used in the next generation of electronic devices and solar panels.
The research, developed in the scope of the projects WoW, (Carnegie Mellon Portugal Program), and MATIS-Sustainable Industrial Materials and Technologies, (Portugal 2020 Program), is the cover theme of the latest issue of the journal Advanced Materials Technologies.
In this study, researchers have shown that Graphene encapsulated liquid metal particles can be transformed into semitransparent, conductive electrodes through a fast, low-cost and scalable laser processing technique, which could have a major impact in areas such as flexible displays, flexible solar panels and even wearable biosensors.
"Liquid metals are interesting because they provide elasticity and self-regeneration, as well as being excellent at thermal dissipation. Therefore, this is an important step towards the application and development of very flexible and resistant displays," explains Mahmoud Tavakoli, director of the "Soft and Printed Microelectronic" Laboratory of the Institute for Systems and Robotics (ISR) of the Faculty of Sciences and Technology of the University of Coimbra (FCTUC).
The team believes that in the future, these nanoparticles with special characteristics could be printed on large conductive surfaces at low cost.
The formulation of the new material and the manufacturing method presented in this study present an important step towards large-scale, low-cost production of large graphene-based electrodes. According to Mahmoud Tavakoli, the next step in the research will be "to explore the use of other types of lasers to improve the conductivity or transparency of the electrodes, as well as to study applications of this technique in the areas of thin-film electronics, gas and humidity sensors and energy storage devices".
The scientific article is available at: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/admt.202101238
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«Os metais líquidos são interessantes porque proporcionam elasticidade e autorregeneração, além de serem excelentes na dissipação térmica. Portanto, este é um passo importante para a aplicação e desenvolvimento de ecrãs muito flexíveis e resistentes», explica Mahmoud Tavakoli, diretor do Laboratório de “Soft and Printed Microelectronic” do Instituto de Sistemas e Robótica (ISR) da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC).
Os investigadores acreditam que, no futuro, estas nanopartículas com propriedades especiais poderão ser impressas em grandes superfícies condutoras, a baixo custo. «As partículas de metal líquido encapsuladas de grafeno são uma classe nova e promissora de compósito bifásico, com aplicação na próxima geração de dispositivos eletrónicos. Nós demonstrámos que é possível fabricar de forma rápida (em poucos segundos), a baixo custo e em larga escala, estes novos elétrodos. Esta solução é primeiro depositada sobre o substrato por meio de revestimento por pulverização e, em seguida, processada através de um laser de baixo custo. Isso permite simultaneamente a redução, afinamento, extração e padronização com alta resolução dos filmes depositados», afirma o investigador do ISR da FCTUC.
A composição do novo material e o método de fabrico apresentado neste estudo representam assim um passo importante para a produção em larga escala e a baixo custo de grandes elétrodos baseados em grafeno. O próximo passo da investigação será, de acordo com Mahmoud Tavakoli, «explorar o uso de outros tipos de lasers para melhorar a condutividade ou transparência dos elétrodos, bem como estudar aplicações desta técnica nas áreas de eletrónica de filmes finos, sensores de gás e humidade e dispositivos de armazenamento de energia».
O artigo científico pode ser consultado em: Laser Writing of Eutectic Gallium–Indium Alloy Graphene‐Oxide Electrodes and Semitransparent Conductors - Chambel - 2022 - Advanced Materials Technologies - Wiley Online Library.