Impressão de planar e tridimensional de tintas metálicas condutoras é descrito. Nossa abordagem fornece novas pistas para a fabricação de eletrônicos impressos, optoeletrônica, dispositivos biomédicos e em layouts incomuns em microescala.
Eletrônica impressa contam com baixo custo, as rotas da grande-área de fabricação para criar eletrônicos flexíveis ou multidimensional, optoeletrônica, dispositivos biomédicos e 1-3. Neste artigo, nos concentramos em uma (1D), duas (2D) e tridimensionais de impressão (3D) condutora de tintas metálicas em forma de microeletrodos flexível, elástica e estendida.
Direct-escrever montagem 4,5 é uma técnica de impressão 1-to-3D que permite a fabricação de características que vão desde linhas simples de estruturas complexas pela deposição de tintas concentradas através de bicos finos (~ 0,1-250 mm). Este método de impressão consiste de uma fase de tradução controlado por computador de 3 eixos, um reservatório de tinta e bico, e lente telescópica 10x para visualização. Ao contrário da impressão a jato de tinta, um processo baseado em gota, direto escrever montagem envolve a extrusão de filamentos de tinta ou em ou fora do plano. Os filamentos impressos normalmente em conformidade com o tamanho do bico. Hence, recursos de microescala (<1 mm) podem ser estampados e montados em matrizes de maiores e arquiteturas multidimensional.
Neste artigo, primeiro sintetizar uma tinta de nanopartículas altamente concentrada de prata para impressão planar e 3D via direto escrever montagem. Em seguida, um protocolo padrão para impressão de microeletrodos em motivos multidimensional é demonstrada. Finalmente, as aplicações de microeletrodos impressos para antenas eletricamente pequenas, células solares, e diodos emissores de luz são realçados.
Convencionais abordagens baseadas em gotículas de impressão, tais como a impressão a jato de tinta, são limitados para a fabricação de eletrodos de planar com relação de aspecto baixo, devido à natureza diluir e baixa viscosidade das tintas utilizadas. Recentemente, dip-pen nanolithography (DPN) 20-22 e e-jet impressão 23-25 têm sido usados para recursos de padrão condutivo. Essas rotas também empregam diluir, tintas de baixa viscosidade. Pearton e colegas de trabalho utilizado DPN para depositar uma tinta de nanopartículas de prata disponível comercialmente em escrever velocidades de até 1.600 M s -1 e larguras de linha de aproximadamente 0,5 m 22. No entanto, a fabricação de padrões reproduzíveis em grandes áreas ainda não foi demonstrado por esta abordagem. Tintas de nanopartículas de prata também têm sido depositados por e jet-impressão para formar traços condutores com larguras de linha de 1,5 M ~ 25. No entanto, como com impressão a jato de tinta, não homogênea características impressas podem surgir devido a formação da gota de satélite e não-uniforme gota dtia escriturada 24,25.
Como demonstrado acima, montagem direta e escrita de tintas de nanopartículas de prata concentrada supera estas limitações através de uma abordagem baseada em impressão filamentosos. Esta técnica permite a fabricação de microeletrodos condutora com uma alta razão de aspecto (h / w ≈ 1,0) em um único passes permitindo a criação de 1D, 2D, 3D e arquiteturas. O tamanho das características impressas depende diâmetro do bico, o carregamento de sólidos de tinta, a pressão aplicada, e velocidade de impressão. Até o momento, traços condutores tão pequeno quanto ~ 2 m foram modelados usando um bico M 1 a velocidades modestas (<2 mm s -1). Ao adaptar a composição da tinta e da geometria do bocal, velocidades de impressão máxima superior a -1 10 cm s são possíveis. No entanto, alta velocidade de impressão de usar bicos finos (<5 mm) continua a ser um desafio significativo.
Para demonstrar as aplicações de gravação direta de montagem, que fabricou grades condutoras, electrically antenas pequenas, células solares, e diodos emissores de luz com planar e abrangendo eletrodos impressos (Figura 8-14). Nomeadamente, a nossa abordagem não se restringe à criação de estruturas metálicas. Usando desenhos de tinta, tais como aqueles baseados em fibroína seda, hidrogel e fugitivo tintas orgânicas, temos construído andaimes 3D e redes microvascular para engenharia de tecidos e cultura de células através de direct-escrever montagem 26-30.
Olhando para o futuro, há muitas oportunidades e desafios. Avanços requerem projetos de tinta novo, melhor modelagem da dinâmica do fluxo de tinta, e aprimorados sistemas de robótica e controle. Grande área de fabricação de estruturas 1D para 3D com alto rendimento e resolução nanométrica (<100 nm) continua a ser um desafio significativo.
The authors have nothing to disclose.
Este material é baseado no trabalho apoiado pelo Departamento de Energia dos EUA, Ciências dos Materiais e Divisão de Engenharia (n º Prêmio DEFG-02-07ER46471) eo DOE Energia Centro de Investigação de Luz Materiais Interações em Conversão de Energia (Prêmio n º DE-SC0001293 ), e se beneficiou do acesso ao Centro de Microanálise de Materiais dentro da Seitz Frederick Materials Research Laboratory (FSMRL).
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 |