Para Insinyur Mengelas Kawat Nano dengan Cahaya

Pada level nano, para peneliti di Stanford telah menemukan cara baru mengelas rangkaian kawat kecil. Pekerjaan mereka dapat membawa pada elektronika inovatif dan penerapan sel surya. Untuk berhasil, mereka menggunakan plasmonik.

Salah satu bidang penelitian intensif pada skala nano adalah pembuatan rangkaian konduktif listrik tersusun dari kawat nano logam. Menjanjikan alur listrik luar biasa, berbiaya murah, dan mudah diolah, para insinyur melihat suatu hari dimana jaring tersebut ditemukan umum dlaam touch screen, display video, dioda pemancar cahaya, dan sel surya film tipis generasi baru.

 Di depan mereka, walau begitu, ada kendala rekayasa yang besar: dalam pengolahan, rangkaian renik ini harus dipanaskan atau dipress untuk menyatukan pola melintang kawat nano yang membentuk rangkaian, dan merusaknya dalam proses tersebut.

 Dalam sebuah makalah yang baru diterbitkan dalam jurnal  Nature Materials, sebuah tim insinyur dari Stanford telah menunjukkan teknik pengelasan kawat nano baru yang menjanjikan yang menggunakan plasmonik untuk melebur kawat dengan letupan cahaya biasa.

 Pembatasan diri

Pada jantung teknik ini adalah fisika plasmonik, interaksi antara cahaya dan logam dimana cahaya mengalir melintasi permukaan logam dalam gelombang, seperti air di pantai.

 “Ketika dua kawat nano disilangkan, kita tahu cahaya akan menghasilkan gelombang Plasmon di tempat dimana kedua kawat nano bertemu, menciptakan titik panas. Keindahannya adalah titik panas hanya ada ketika kawat nano bersentuhan, bukan setelah mereka menyatu. Pengelasan berhenti dengan sendirinya. Ia membatasi dirinya sendiri,” jelas Mark Brongersma, asisten professor teknik ilmu bahan di Stanford dan pakar plasmonik. Brongersma adalah salah satu pengarang senior penelitian ini.

“Sisa dari kawat dan, sama pentingnya, bahan di bawahnya tidak terpengaruh,” catat   Michael McGehee, seorang insinyur bahan dan juga pengarang senior makalah ini. “Kemampuan memanaskan dengan presisi meningkatkan pengendalian, kecepatan, dan efisiensi energi pengelasan skala nano.”

 Dalam citra mikroskop elektron sebelum dan sesudah, kawat nano individual secara visual berbeda setelah pemendaran. Mereka berbaring di atas yang lain, seperti pohon yang tumbang di hutan. Ketika di sinari, kawat nano di atas bertindak seperti semacam antenna, mengarahkan gelombang Plasmon cahaya ke kawat bawah dan menciptakan panas yang mengelas kawat. Citra pasca pencahayaan menunjukkan kawat nano seperti-X melintang datar di belakang substrat dengan sambungan hasil pengelasan.

 Transparansi

Selain mempermudah pembuatan rangkaian kawat nano yang kuat dan berkinerja lebih baik, para peneliti mengatakan kalau teknik baru mereka dapat membuka kemungkinan elektroda rangkaian ditanam pada plastik dan polimer transparan.

 Untuk menunjukkan kemungkinan ini, mereka menanamkan rangkaian mereka pada kain Saran. Mereka menyiramkan sebuah larutan mengandung kawat nano dari perak dalam suspense plastik dan mengeringkannya. Setelah pencahayaan, apa yang tersisa adalah lapisan ultra tipis kawat nano yang tersambung-sambung.

 “Lalu kami menggulungnya seperti sepotong kertas. Ketika kami membuka gulungan, ia mempertahankan sifat listriknya,” kata pengarang   Yi Cui, asisten professor ilmu dan teknik bahan. “Dan ketika anda mengangkatnya, ia transparan.”

 Hal ini akan membawa pada pelapis jendela murah yang menghasilkan tenaga surya sementara mengurangi cahaya yang masuk bagi orang di belakang jendela, kata peneliti.

 “Dalam teknik pengelasan sebelumnya yang menggunakan lempeng panas, hal ini tidak mungkin dilakukan,” kata pengarang utama, Erik C. Garnett, PhD, seorang sarjana pasca doctoral dalam ilmu bahan yang bekerja dengan   Brongersma, McGehee dan Cui. “Kain Saran akan meleleh lebih cepat daripada perak, merusak alat tersebut seketika.”

 “Ada banyak penerapan yang mungkin yang tidak mungkin tercapai dalam teknik perakitan lama,” kata Brongersma. “Hal ini membuka beberapa skema pengolahan skala besar yang sederhana dan menarik untuk alat elektronik – sel surya, LED, dan display touch screen, khususnya.”

 Penelitian ini didukung oleh   Center for Advanced Molecular Photovoltaics (CAMP) di Universitas Stanford didanai oleh  King Abdullah University of Science and Technology (KAUST).

dikutip dari faktailmiah.com