Плоские и трехмерной печати проводящих металлизированных красок описано. Наш подход открывает новые возможности для изготовления печатных электронных, оптоэлектронных и биомедицинских устройств в необычных макетов на микроуровне.
Печатная электроника полагаться на недорогой, большой площади маршрутов изготовления для создания гибких или многомерных электронных, оптоэлектронных и биомедицинских устройств 1-3. В данной работе мы ориентируемся на один-(1D), двух-(2D) и трехмерных (3D) печати проводящих металлизированных красок в виде гибкого, эластичного и охватывающих микроэлектродов.
Прямая запись сборки 4,5 является 1-к-3D печать техника, которая позволяет изготовление функций, начиная от простых линий до сложных структур осаждения концентрированных чернил через мелкие сопла (~ 0,1 – 250 мкм). Этот метод печати состоит из управляемых компьютером 3-осевой перевод этапе, резервуар чернил и сопла, и 10-кратным телескопическим объективом для визуализации. В отличие от струйной печати, капли процесс, основанный, прямая запись сборки включает в себя выдавливание краски нитями либо в или вне плоскости. Печатные нити обычно соответствуют размер сопла. Hencе, микромасштабной функций (<1 мкм), могут быть составлены по образцу и собраны в более крупные массивы и многомерные архитектур.
В этой статье мы впервые синтезировать высококонцентрированных чернила наночастиц серебра для плоских и 3D-печать через прямую и запись собрания. Далее, стандартный протокол для печати микроэлектродов в многомерном мотивов продемонстрировано. Наконец, приложения печатных микроэлектродов для электрически малых антенн, солнечных батарей, и светоизлучающие диоды будут выделены.
Обычные капли печати на базе подходов, таких как струйная печать, ограничиваются изготовления плоских электродов с низким соотношением сторон из-за разбавления природы и низкой вязкости чернил используется. В последнее время ближнего пера нанолитографии (ДПН) 20-22 и электронной струйной печати 23-25 были использованы для картины проводящих функций. Эти маршруты также использовать разбавленный, низкой вязкости чернил. Pearton и его сотрудники использовали ДПН внести имеющиеся в продаже чернила наночастиц серебра на скорость записи до 1600 мкм с -1 и ширины линий около 0,5 мкм 22. Тем не менее, изготовление воспроизводимые модели на больших площадях до сих пор не демонстрирует такой подход. Серебряные чернила наночастицы были также сданы на хранение электронной струйной печати для формирования проводящих трассы с линией шириной ~ 1,5 мкм 25. Однако, как и струйной печати, неоднородные печатные возможности могут возникнуть в связи с образованием спутниковой падение и неравномерное падение гнении 24,25.
Как было показано выше, прямое и записи сборки концентрированных чернил наночастиц серебра преодолевает эти ограничения через нитевидные-печать подход. Эта методика дает возможность изготовления проводящих микроэлектродов с высокой пропорции (ч / б ≈ 1,0) в одном проходит позволяя создавать 1D, 2D, и 3D-архитектур. Размер печатной функций зависит от диаметра сопла, загрузка твердых чернил, приложенного давления и скорость печати. На сегодняшний день проводящих следы размером до ~ 2 мкм были узорной использованием 1 мкм сопла при скромных скоростях (<2 мм с -1). По пошиву состав чернил и сопла геометрия, максимальная скорость печати свыше 10 см -1 с, возможно. Тем не менее, высокая скорость печати с использованием тонких форсунок (<5 мкм) остается серьезной проблемой.
Для демонстрации применения прямой записи собраний, были изготовлены проводящие сетки, эльectrically небольших антенн, солнечных батарей, и светоизлучающих диодов с плоскими и охватывает печатные электроды (рис. 8-14). Примечательно, что наш подход не ограничивается созданием металлических конструкций. Использование других конструкций чернил, такие, как те, которые основаны на шелке фиброина, гидрогель и летучие органические краски, мы построили 3D леса и микрососудистых сетей для тканевой инженерии и клеточной культуре посредством прямой записи сборки 26-30.
Глядя в будущее, Есть много возможностей и проблем. Дальнейшее развитие требует новых конструкций чернил, лучше моделирования динамики потока чернил и улучшенные роботов и систем управления. Большой площади изготовления 1D до 3D структур с высокой пропускной способностью и наноразмерных разрешение (<100 нм) остается серьезной проблемой.
The authors have nothing to disclose.
Этот материал основан на работе поддержке Министерства энергетики США, материаловедение и инжиниринга (решение № DEFG-02-07ER46471) и Министерства энергетики энергетических исследований Центра по световой Материалы взаимодействия в Energy Conversion (решение № DE-SC0001293 ), а также извлекли выгоду из доступа к Центр Микроанализ материалов в рамках Фредерик Зейтц Материалы научно-исследовательская лаборатория (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 |