توانایی ساخت قطعات الکترونیک بر روی سطوح انعطاف‌پذیر و یا خمیده با ظهور صنعت الکترونیک چاپی دور از واقعیت نبوده و منجر به استفاده از الکترونیک در کاربردهای متنوع‌تر خواهد شد؛ تا جاییکه در آینده امکان ساخت تلفن‌های همراه یا ساعت‌های هوشمند با استفاده از یک چاپگر در خانه فراهم می‌شود. اما در حال حاضر کارآیی پایین و هزینه‌ی بالای تولید جوهرهای رسانا، توسعه‌ی حوزه الکترونیک چاپی را با محدودیت مواجه ساخته است.
جوهرهای رسانای موجود بر پایه پیش ماده‌های فلزی- آلی و یا نانو ذرات فلزی هدایت الکتریکی نزدیک به هدایت الکتریکی فلز بالک از خود نشان می‌دهند. البته این هدایت الکتریکی بالا معمولا بعد از یک عملیات حرارتی ثانویه در دماهای بیش از 200 درجه سانتیگراد و تحت شرایط احیایی و اتصال نانو ذرات به یکدیگر حاصل می‌شود. این دمای بالای پردازش ثانویه، استفاده از بسترهای مختلف را با محدودیت روبرو خواهد کرد. علاوه بر این در جوهرهای رسانای موجود از نانو ذرات فلزات نجیب مانند طلا و نقره استفاده می‌شود که باعث افزایش قیمت خواهد شد. پلیمرهای رسانا نیز با وجود اینکه به پردازش ثانویه نیاز کمتری داشته و می‌توانند جایگزین بالقوه‌ای باشند ولی در عمل از هدایت الکتریکی مناسبی برخوردار نیستند.
نانو ذرات مس جایگزینی نویدبخش برای فلزات نجیب بوده زیرا ارزان قیمت بوده و از رسانایی بالایی برخوردار است. اما مشکل اصلی نانو ذرات مس نرخ اکسیداسیون بالای آنهاست. این ذرات معمولا از سطح اکسید شده و برای حذف اکسید نیاز به عملیات حرارتی ثانویه در دماهای بیش از 200 درجه سانتیگراد و اتمسفر احیایی هیدروژن می‌باشد. نانو ذرات آلیاژ مس می‌توانند جایگزین مناسبی برای نانو ذرات مس باشند. تا کنون نانو ذرات مختلفی از آلیاژ مس تهیه شده که عبارتند از Cu-Au، Cu-Ag، Cu-Ni و Cu-Al. اما بسیاری از روش‌های تولید و سنتز این نانو ذرات به مواد شیمیایی سمی نیازمند است.
یک تیم تحقیقاتی بین‌المللی از دانشگاه صنعتی Toyohashi و دانشگاه Duke روشی ساده و زیست سازگار را برای سنتز مواد مورد استفاده در ساخت جوهرهای رسانای ارزان قیمت توسعه داده‌اند. این تیم تحقیقاتی از این روش برای سنتز نانو ذرات آلیاژ مس، ماده‌ای رسانا با مقاومت اکسیداسیون بالا که می‌تواند مشکلات حوزه الکترونیک چاپی را مرتفع کند، استفاده کردند.
شماتیک دستگاه انفجار سیم
انفجار سیم یکی از ارزانترین، ساده‌ترین و زیست سازگارترین روش‌های تولید نانو ذرات فلزی است. همچنین امکان افزایش تولید و به عبارتی Scale up کردن با حفظ کیفیت نانو ذرات تولیدی وجود دارد. در این روش سنتز نانو ذرات تنها با عبور جریان الکتریکی بزرگ از یک سیم رسانا صورت می‌گیرد در نتیجه میزان ضایعات حداقل خواهد بود. عیب اصلی این روش در مقایسه با روش‌های شیمیایی دشوار بودن تولید نانو ذرات با سایز یکنواخت می‌باشد. البته غیر یکنواخت بودن ذرات در تولید جوهرها مشکل ساز نبوده و در صورت نیاز امکان تفکیک ذرات بر اساس سایز وجود خواهد داشت.
به گفته Go Kawamura یکی از اعضای تیم تحقیقاتی از دانشگاه صنعتی Toyohashi، نانو ذرات آلیاژ مس حاوی %1 قلع، %5 نقره و %5 یا %30 نیکل، سنتز شده به روش انفجار سیم، هدایت الکتریکی نزدیک به نانو ذرات مس از خود نشان دادند. همچنین نانو ذرات آلیاژ مس بر خلاف نانو ذرات مس پس از قرار گیری در دمای 85 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی %85 به مدت یک شبانه روز، هدایت الکتریکی خود را حفظ کردند. بنابراین با بهبود هدایت الکتریکی و مقاومت اکسیداسیون، نانو ذرات آلیاژ مس تولید شده به روش انفجار سیم می‌توانند برای تولید جوهرهای رسانای ارزان قیمت با کارآیی بالا مورد استفاده قرار گیرند.
تصویر TEM و نقشه توزیع عنصری نانو ذرات آلیاژ مس شامل %30 نیکل قبل و بعد از عملیات اکسیداسیون در دمای 85 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی %85.
