تولید کاغذ رسانا با فناوری‌نانو

روشی جدید برای تولید کاغذ رسانا ابداع شده‌‌است که در این روش نانوذرات رسانای اکسید قلع- ایندیم و پلی‌سدیم استایرن سولفونات( PSS) با آرایشی لایه‌ای( LBL) در الیاف سلولزی قرار می‌گیرند، سپس با استفاده از روش‌های سنتی تولید کاغذ می‌توان الیاف پوشش‌ داده‌‌شده را به کاغذ رسانا تبدیل نمود. تحت جریان مستقیم، ضریب رسانایی کاغذهای متشکل از ده پوشش‌ دو لایه معادل 2/5 واحد است( S/cm 6-10 در جهت عمود بر کاغذ) که در مقایسه با کاغذهای اولیه و فاقد پوشش‌دهی، رسانایی کاغذهای جدید بیش از یک میلیون بار افزایش می‌یابد.

آرایش لایه‌ای یک روش ساده و چندمنظوره است که معمولاً در ایجاد ساختارهای نازک فیلمی بر روی سطوح مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش از نیروهای الکتروستاتیک موجود بین اجزایی که به‌‌طور مخالف بارگذاری شده‌اند( نظیر پلی‌الکترولیت‌ها،DNAو نانوذرات) استفاده می‌شود. با وجود کاربرد زیادی که این روش دارد، تاکنون ارتباط بین نانوذرات رسانا و رسانایی الکتریکی بررسی نشده‌است. اخیراً محققان مؤسسه‌ی فناوری جورجیای آمریکا با استفاده از آرایش لایه‌ای، روش ساده‌ای را برای پوشش‌دهی الیاف سلولزی با نانوذرات ITO ارائه نموده‌اند؛ در این روش جدید ـ جزئیات آن در مجله‌ی Nanotechnology منتشر شده‌‌است ـ به‌‌منظور دستیابی به مسیرهای رسانا و بهبود اتصال ذرات با یکدیگر از شرایط فاقد نمک استفاده می‌شود. در این شرایط ضخامت لایه‌ی داخلی پلی‌الکترولیت تا حد امکان کاهش می‌یابد. 

در این فعالیت تحقیقاتی برای این که ضریب رسانایی کاغذهای تولیدشده در دو جهت عمود و هم‌جهت با ضخامت کاغذ در محدوده‌ی فرکانسی 01/0 تا 1 هرتز قرار گیرد، از روش طیف‌سنجی امپدانس استفاده گردید. این محققان دریافتند که تفاوت موجود در مقدار رسانایی الکتریکی اندازه‌گیری‌‌شده در دو جهت کاغذ ناشی از ساختار غیر ایزوتروپ آن است. به عبارت بهتر، بدون در نظر گرفتن تعداد لایه‌های دارای آرایش لایه‌ای، رسانایی همه‌ی کاغذهای آزمایش‌‌شده در جهت عمودی و در حدود 2 درجه بزرگ‌تر از مقدار رسانایی اندازه‌گیری‌‌شده در جهت ضخامت کاغذ است.
در این فعالیت تحقیقاتی برای ارزیابی همزمان ریزساختار و خواص الکتریکی کاغذهای تولیدشده از روش تصویربرداری میکروسکوپ نیروی اتمی( I-AFM) استفاده شده‌‌است. همان‌گونه که در شکل بالا نشان داده شده‌‌است، هنگام اسکن کردن سطح یک مونوفیلامنت سلولزی تحت ولتاژ بالا، سوزن میکروسکوپ نیروی اتمی وجود جریان قابل‌توجهی را نشان می‌دهد. در شکل سمت چپ توپوگرافی الیاف پوشش داده‌‌شده با ITO نشان داده شده‌‌است. تصاویر میکروسکوپ نیروی اتمی نشان می‌‌دهد که بیشترین جریان در مناطقی مشاهده می‌شود که سطح آنها را نانوذرات پوشانده‌‌است. این نانوذرات به‌‌صورت داخلی در جهت عمود بر کاغذ و در جهت ضخامت آن به یکدیگر متصل شده‌اند.
به‌دلیل تنوع کاربرد آرایش لایه‌ای، می‌توان از این روش به‌‌طور بالقوه در طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی نظیر تولید فیلم‌های ITO انعطاف‌پذیر (که در نمایشگرهای قابل‌ حمل به کار می‌روند)، الکترودهای انعطاف‌پذیر مورد استفاده در پیل‌‌های خورشیدی و ابزارهای الکترونیکی انعطاف‌پذیر استفاده کرد.