전도성 금속 잉크의 평면 및 입체 인쇄가 설명되어 있습니다. 우리의 접근 방식은 fabricating 인쇄 전자, 광전자, 그리고 microscale에서 비정상적인 레이아웃에 생물 의학 장치를위한 새로운 길을 제공합니다.
인쇄 전자는 유연한 또는 다차원 전자, 광전자, 그리고 1-3 생명 의학 장치를 만들 저렴한 비용, 큰 면적 제조 노선에 의존하고 있습니다. 본 논문에서는, 우리는에 초점을 한 (1D), 유연 stretchable 및까지의 microelectrodes의 형태로 전도성 금속 잉크의 2 (2D) 및 입체 (3D) 인쇄.
조립 4,5 괜찮 노즐 (- 250 μm의 ~ 0.1)를 통해 집중 잉크의 증착에 의한 단순한 라인의 복잡한 구조에 이르기까지 기능의 제조를 가능하게 1 – 투 – 3D 인쇄 기술입니다 직접 작성합니다. 이 인쇄 방법은 컴퓨터 제어 3 축 번역 무대, 잉크 탱크와 노즐 및 시각화를위한 10X 망원 렌즈로 구성되어 있습니다. 잉크젯 인쇄와는 달리, 소적 기반의 프로세스는 직접 작성 어셈블리 중 하나 – 또는 밖에서 비행기 잉크 필라멘트의 압출을 포함한다. 인쇄 필라멘트는 일반적으로 노즐 크기에 따릅니다. HencE, microscale 기능 (<1 μm의)가 큰 배열과 다차원 구조로 패턴 및 조립하실 수 있습니다.
본 논문에서는, 우리는 먼저 직접 작성 조립을 통해 평면 및 3D 프린팅을위한 고도의 집중 실버 nanoparticle 잉크를 종합. 다음 그림에서 다차원 인쇄 microelectrodes을위한 표준 프로토콜이 증명됩니다. 마지막으로, 전기적 소형 안테나, 태양 전지와 발광 다이오드를 위해 인쇄 microelectrodes의 응용 프로그램은 강조 표시됩니다.
이러한 잉크젯 프린팅과 같은 기존의 비말 기반 인쇄 방식은, 희석 자연과 사용되는 잉크의 낮은 점도로 인해 낮은 비율로 평면 전극의 제조로 제한됩니다. 최근 딥 – 펜 nanolithography (DPN) 20-22 및 e – 제트 인쇄 23-25는 패턴 전도성 기능에 사용되었습니다. 이 노선은 희석, 낮은 점도의 잉크를 사용합니다. Pearton 및 동료는 약 0.5 μm의 22 최대 1600 μm의의 라인 -1과 너비의 쓰기 속도로 상용 실버 nanoparticle 잉크를 입금 DPN를 사용합니다. 그러나, 큰 영역을 통해 재현할 패턴의 제작은이 방법에 의해 입증되지 않았다. 실버 nanoparticle 잉크도 ~ 1.5 μm의 25 라인 폭과 전도성 성분을 형성하기 위해 E – 제트 인쇄하여 입금했습니다. 그러나, 잉크젯 인쇄와 마찬가지로 inhomogeneous 인쇄 기능은 위성 드롭 형성와 비 균일한 드롭 D로 인해 발생할 수24,25을 rying.
집중 실버 nanoparticle 잉크의 시연으로 위, 직접 작성 어셈블리 섬사의 기반 인쇄 방식을 통해 이러한 한계를 극복. 이 기술은 1D, 2D, 3D 및 아키텍처의 생성을 허용 패스 하나에서 높은 가로 세로 비율 (H / W ≈ 1.0)과 전도성 microelectrodes의 제조 수 있습니다. 인쇄 기능의 크기는 노즐 직경, 잉크 고체로드, 적용 압력, 인쇄 속도에 따라 달라집니다. 지금까지 작은 전도성 트레이스가 ~ 2 μm의는 겸손한 속도 (<2mm의 -1)에서 1 μm의 노즐을 사용하여 패턴 되었기 때문입니다. 조정으로 잉크 조성물 및 노즐 형상, 10cm의 -1을 초과하는 최대 인쇄 속도가 가능합니다. 그러나, 좋은 노즐 (<5 μm의)를 사용하는 고속 인쇄 중대한 도전 남아있다.
직접 작성 어셈블리의 응용 프로그램을 입증하기 위해, 우리는 전도성 그리드, 엘 가공ectrically 작은 안테나, 태양 전지, 그리고 평면 및 스패닝 인쇄 전극 (그림 8-14)와 발광 다이오드. 특히, 우리의 접근 방법은 금속 구조물의 제작에 제한되지 않습니다. 같은 실크 피브로인, 히드로겔 및 도망자 유기 잉크를 기반으로 그 같은 다른 잉크 설계, 사용, 우리는 직접 쓰기 조립 26-30를 통해 조직 공학 및 세포 배양을위한 3D 공사장 공중 발판과 microvascular 네트워크를 구축했습니다.
미래를 향해 찾고, 많은 기회와 도전이 있습니다. 또한 진보는 새로운 잉크 디자인, 잉크 흐름 역학에 대한 좋은 모델링 및 향상된 로봇 및 제어 시스템을 필요로합니다. 높은 처리량 및 nanoscale 해상도로 3D 구조에 1D의 대형 광역 제조는 (<100 nm의) 상당한 도전 남아있다.
The authors have nothing to disclose.
이 자료는 에너지 미국학과, 재료 과학 및 공학 부문 (보너스 번호 DEFG – 02 – 07ER46471)와 가벼운 소재의 DOE 에너지 연구 센터 에너지 전환의 상호 작용 (지원 업무를 기반으로 수상 번호 DE – SC0001293 ), 그리고 프레드릭 Seitz 재료 연구소 (FSMRL) 이내에 자료 Microanalysis 센터에 대한 액세스 권한에서 benefitted.
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 |