导电金属油墨印刷平面和立体的描述。我们的方法制造印刷电子,光电,并在不寻常的布局在微尺度生物医学设备提供新的途径。
印刷电子产品依靠低成本,大面积的制造路线,以创建灵活或多维电子,光电, 和 1-3生物医学设备。在本文中,我们专注于一(1D),两(2D)和三维(3D)的形式灵活,伸展,并跨越微电极的导电金属油墨印刷。
直接写入大会4,5是一个1到3D印刷技术,使制造范围由沉积集中墨水通过喷嘴(〜0.1 – 250微米)的罚款 ,从简单的线条,结构复杂的特点。这种印刷方法由计算机控制的3轴的翻译阶段,墨水和喷嘴,和10倍伸缩式镜头的可视化。与喷墨打印,基于液滴的过程中,直接写入大会涉及挤压油墨细丝,或缩小的平面。印细丝通常符合喷嘴尺寸。 HencE,微观特性(<1微米),可仿造和组装成更大的数组和多维架构。
在本文中,我们首先通过直接写装配平面和3D印刷合成一个高度集中的银纳米粒子墨水。其次,表现在多维图案印刷微电极的标准协议。最后,印刷微电极电小天线,太阳能电池,发光二极管的应用突出。
基于液滴的传统的印刷方法,如喷墨打印,是有限的低长宽比由于稀的性质和所使用的油墨低粘度的平面电极的制造。近日,蘸笔纳米光刻技术(DPN)20-22和23-25 E -喷气印刷已经用于导电功能模式。这条路线,还聘请稀,粘度低油墨。 Pearton和同事使用DPN的存款高达1600微米s – 1和线宽度约0.5微米22写入速度市售的银纳米粒子墨水。然而,制造大面积的重复性模式尚未证明这种方法。纳米银油墨也已存入电子喷射印花与〜1.5微米25线宽形成导电的痕迹。但是,喷墨打印,可能会出现不均匀的印刷特性,由于卫星液滴的形成和非均匀下降ðrying 24,25。
如上所述,集中的银纳米粒子墨水直接写大会通过丝状的印刷方法克服了这些局限性。这项技术使一个高宽比(H / W≈1.0)在允许一个单一的1D,2D和3D架构创造通过导电微电极的制作。印刷功能的大小取决于喷嘴直径,油墨固体装载,施加的压力,和印刷速度。迄今为止,小的导电痕迹〜2微米已使用温和的速度(<2毫米S -1)1微米的喷嘴图案。通过调整油墨的组成和喷嘴的几何形状,最高印刷速度超过10厘米S -1是可能的。然而,使用精细的喷嘴(<5微米)的高速印刷仍然是一个重大的挑战。
为了证明直接写入大会的应用,我们捏造导电电网,ELectrically小天线,太阳能电池,发光二极管,平面和跨越印刷电极(图8-14)。值得一提的是,我们的做法是没有限制的金属结构创造。如那些基于丝素蛋白,凝胶和逃犯的有机油墨,使用其他墨水设计,我们已经构建了3D支架和微血管网络,通过直接写入大会26日至 30日组织工程和细胞培养。
展望未来,有很多的机遇和挑战。进一步的进展需要新的墨水设计,更好的油墨血流动力学建模,和增强机器人和控制系统。 1D高吞吐量和纳米分辨率的三维结构的大面积制造(<100 nm的)仍然是一个重大的挑战。
The authors have nothing to disclose.
这种材料是由美国能源部能源,材料科学和工程处(奖号DEFG – 02 – 07ER46471)和美国能源部能源研究中心光材料,在能源转换交互作用(支持工作的基础上奖“号DE – SC0001293 ),并从材料微分析中心内的弗雷德里克塞茨材料研究实验室(FSMRL)受惠。
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 |