Fleksible kredsløb til 3D-udskrivning

Et forskningssamarbejde mellem University of Hamburg og DESY har udviklet en proces, der er egnet til 3D-print, der kan bruges til at producere gennemsigtige og mekanisk fleksible elektroniske kredsløb. Elektronikken består af et net af sølv nanotråde, der kan udskrives i suspension og indlejret i forskellige fleksible og gennemsigtige plastmaterialer (polymerer). Denne teknologi kan muliggøre nye applikationer såsom udskrivbare lysdioder, solceller eller værktøjer med integrerede kredsløb, som Tomke Glier fra University of Hamburg og hendes kolleger rapporterer i tidsskriftet Videnskabelige rapporter . Forskerne demonstrerer potentialet i deres proces med en fleksibel kondensator, blandt andet.

"Formålet med denne undersøgelse var at funktionalisere 3D-printbare polymerer til forskellige applikationer, "rapporterer Michael Rübhausen fra Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), et samarbejde mellem DESY, universitetet i Hamburg og Max Planck Society. "Med vores nye tilgang, vi ønsker at integrere elektronik i eksisterende strukturelle enheder og forbedre komponenter med hensyn til plads og vægt. "Fysikprofessoren fra University of Hamburg ledede projektet sammen med DESY -forsker Stephan Roth, som også er professor ved Royal Institute of Technology i Stockholm. Ved hjælp af det klare røntgenlys fra DESYs forskningslyskilde PETRA III og andre målemetoder, teamet har præcist analyseret egenskaberne af nanotråde i polymeren.

"Kernen i teknologien er sølv nanotråde, som danner et ledende net, "forklarer Glier. Sølvtrådene er typisk flere titalls nanometer (milliontedele af en millimeter) tykke og 10 til 20 mikrometer (tusindedele af en millimeter) lange. Den detaljerede røntgenanalyse viser, at strukturen af ​​nanotråde i polymeren er ikke ændret, men at ledningsevnen i nettet endda forbedres takket være polymerens kompression, som polymeren trækker sig sammen under hærdningsprocessen.

Sølv nanotråde påføres på et substrat i suspension og tørres. "Af omkostningsmæssige årsager, målet er at opnå den højest mulige ledningsevne med så få nanotråde som muligt. Dette øger også gennemsigtigheden af ​​materialet, "forklarer Roth, leder af målestationen P03 ved DESYs røntgenlyskilde PETRA III, hvor røntgenundersøgelserne fandt sted. "På denne måde, lag for lag, en ledende bane eller overflade kan fremstilles. "En fleksibel polymer påføres de ledende spor, som igen kan dækkes med ledende spor og kontakter. Afhængigt af den anvendte geometri og materiale, forskellige elektroniske komponenter kan udskrives på denne måde.

I denne avis, forskerne producerede en fleksibel kondensator. "I laboratoriet, vi udførte de enkelte arbejdstrin i en lagvis proces, men i praksis kan de senere overføres fuldstændigt til en 3D-printer, "forklarer Glier." Dog, den videre udvikling af konventionel 3D-printteknologi, som normalt er optimeret til individuelle trykfarver, er også afgørende for dette. I inkjet-baserede processer, udskriftsdyserne kunne være tilstoppet af nanostrukturer, "bemærker Rübhausen.

I det næste trin, forskerne vil nu teste, hvordan strukturen af ​​de ledende stier lavet af nanotråde ændres under mekanisk belastning. "Hvor godt holder trådnettet sammen under bøjning? Hvor stabil forbliver polymeren, sagde Roth, henviser til typiske spørgsmål. "Røntgenundersøgelse er meget velegnet til dette, fordi det er den eneste måde, vi kan kigge ind i materialet og analysere de ledende stier og overflader på nanotrådene."