導電性金属インクの平面と立体印刷が説明されています。我々のアプローチは、マイクロスケールでの異常なレイアウトで印刷された電子、光、および生物医学的装置を製造するための新たな道を提供します。
プリンテッドエレクトロニクスは1-3柔軟なまたは多次元電子、光、および生物医学的装置を作成するために、低コスト、大面積の製造ルートに依存しています。本稿では、一(1D)、2(2D)、および伸縮柔軟性の形で導電性金属インク、およびスパニング微小電極の三次元(3D)印刷に焦点を当てる。
ダイレクトライトアセンブリ4,5は、微細なノズル( – 250μm以下〜0.1)によって濃縮されたインキの堆積によって、単純な線から複雑な構造に至るまでの機能の製造を可能にする1対の3Dプリント技術です。この印刷方式は、コンピュータ制御の3軸移動ステージ、インクタンクとノズル、および視覚化のための10倍の望遠レンズで構成されています。インクジェット印刷とは異なり、液滴ベースのプロセスは、直接書き込みアセンブリのいずれか、または面外インキフィラメントの押出しを含む。印刷されたフィラメントは、通常、ノズルサイズに準拠しています。 Henceは、マイクロスケールの特徴(<1μm)の大きな配列や多次元のアーキテクチャにパターニングし、組み立てることができる。
本稿では、まず直接書き込みアセンブリを経由して平面と3Dプリントのために高濃度の銀ナノ粒子インクを合成する。次に、多次元モチーフに微小電極を印刷するための標準プロトコルが示されています。最後に、電気的に小型のアンテナ、太陽電池、発光ダイオードのための印刷された微小電極のアプリケーションが強調表示されます。
このようなインクジェット印刷など、従来の液滴ベースの印刷のアプローチは、、希薄自然と使用するインクの低粘度のための低アスペクト比を持つ平面電極の製造に限定されています。最近、ディップペンナノリソグラフィー(DPN)20から22と、電子インクジェット23〜25は、パターンの導電機能するために使用されている。これらのルートはまた、希釈、低粘度のインクを採用。 Peartonと共同研究者は約0.5μm22の最大1600μmのs -1とし、線幅の書き込み速度で、市販の銀ナノ粒子インクを堆積させるためにDPNを使用。しかし、広い地域にわたって再現可能なパターンの製作は、このアプローチによって実証されていない。銀ナノ粒子インクも〜1.5μmの25の線幅を有する導電トレースを形成するための電子インクジェット印刷によって堆積されている。しかし、インクジェット印刷と同様に、不均一な印刷機能には、衛星滴形成と不均一なドロップDが原因で起こることが24,25を rying。
上記で示したように、濃縮された銀ナノ粒子インクの直接書き込みアセンブリは、フィラメントベースの印刷のアプローチを通じて、これらの限界を克服しています。この手法は、1D、2D、および3Dアーキテクチャの作成を可能に通過する、単一で高アスペクト比(H / W≈1.0)と導電性微小電極の製造を可能にします。印刷機能の大きさは、ノズルの直径、インクの固形分のロード、加圧力、および印刷速度に依存します。日付、小さいなどの導電トレースに〜2μmのは控えめな速度(<2ミリメートルの-1)で1μmのノズルを使用してパターニングされているとして。インク組成物とノズルの形状を調整しては10cm s -1を超える最大印刷速度が可能です。しかし、微細なノズル(<5μm)を用いての高速印刷が重要な課題である。
直接書き込みアセンブリのアプリケーションを実証するために、我々は導電性グリッド、ELを作製ectrically小型アンテナ、太陽電池、そして平面とスパニング印刷電極(図8-14)と発光ダイオード。特に、我々のアプローチは、金属構造物の作成に限定されるものではありません。このような絹フィブロイン、ハイドロゲルと逃亡中の有機インクに基づくものなど、他のインクの設計、使用して、我々は、直接書き込みアセンブリ26から30を経由して組織工学と細胞培養のための3Dスキャフォールドおよび微小血管ネットワークを構築した。
未来に向かって、多くの機会と課題があります。さらなる進歩は、新しいインクの設計、インクの流動ダイナミクスの優れたモデリング、および強化されたロボットと制御システムが必要です。高いスループットとナノスケールの分解能で3次元構造への1Dの大面積作製(<100 nm)は重要な課題である。
The authors have nothing to disclose.
この材料は、米国エネルギー省、材料科学とエンジニアリング部門(受賞番号DEFG – 02 – 07ER46471)とライト材料DOEエネルギー研究センターエネルギー変換の相互作用(によってサポートされている仕事に基づいています。賞第DE – SC0001293 )、およびフレデリックサイツ材料研究所(FSMRL)内の材料の微量分析のためのセンターへのアクセスから恩恵。
Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments |
Poly(acrylic acid) | Polysciences, Inc. | 06519 | m.w. 5,000 g/mol |
Poly(acrylic acid) | Polysciences, Inc. | 00627 | m.w. 50,000 g/mol |
Silver nitrate | Sigma-Aldrich | 209139 | Silver source |
Diethanolamine | Sigma-Aldrich | D8885 | Solvent/Reducing agent |
Ethylene glycol | Sigma-Aldrich | 102466 | Humectant |
Sonicater | Fisher Scientific | FS30H | – |
Centrifuge | Beckman Coulter | AvantiTM J-25 I | – |
Robotic stage | Aerotech Inc. | ABL 900010 | 3-axis motion |
Syringe barrel | EFD Inc. | 5109LBP-B | 3 ml |
Nozzle | EFD Inc. | – | i.d. = 0.1 – 250 μm |
Dispenser | EFD Inc. | 800 | Air-powered |
Design software | Custom designed | – | Mingjie Xu |