Печатная электроника: гибкие, дешёвые инновации для завтрашнего дня

Низкозатратная печатная электроника: новые подходы к fabricación

Атмосферная плазма NASA для печати электроники

Растёт потребность в дешёвых и экологичных процессах производства печатной электроники и биосенсорных чипов. NASA разработала уникальный подход на основе атмосферной плазмы: аэрозольно-ассистированная комнатнотемпературная печать, где аэрозоль с материалом для осаждения вводится в холодную плазменную струю при атмосферном давлении.

Осаждение происходит за счёт взаимодействия аэрозоля с предшественником и плазмой с первичным газом. Процесс высокопроизводительный, масштабируемый для промышленного производства. Несколько струй могут осаждать разные материалы, подход адаптируется под разные платформы. Применения: биомедицина, потребительская электроника, электронная бумага, безопасность, коммуникации.

"Штемпельная" печать с нанотрубками (MIT)

Инженеры MIT изобрели быстрый, точный процесс печати с штампом из углеродных нанотрубок для нанесения электронных чернил на жёсткие и гибкие поверхности. Процесс позволяет печатать транзисторы, достаточно малые для управления отдельными пикселями высокорезолюционных дисплеев и сенсорных экранов. Обеспечивает относительно недорогой, быстрый способ производства электронных поверхностей.

Традиционные методы (струйная печать) сложно контролировать в микромасштабе — образуются "кофейные кольца" и неровные печати, ведущие к незамкнутым цепям. Нанопористый штамп обеспечивает равномерный поток раствора наночастиц ("чернил") через штамп на поверхность.

Нанотрубки растут на кремнии в узорах (соты, цветы), покрываются тонким полимером для проникновения чернил и предотвращения усадки. Штамп наполняют электронными чернилами с наночастицами (серебро, оксид цинка, квантовые точки). Ключ к высокому разрешению — давление штампования. Разработана модель предсказания необходимой силы и концентрации наночастиц. После нагрева напечатанные узоры высокопроводящие, служат прозрачными электродами. Планы — полностью печатная электроника.

Лазерная обработка печатного графена для бумажной электроники (Iowa State)

Графен — одноатомный углеродный сотовый слой, проводящий электричество и тепло, прочный и стабильный. Струйная печать многослойных графеновых цепей привела к гибкой, носимой, дешёвой электронике. Но после печати графен требует обработки для повышения проводимости — обычно высокие температуры или химикаты, деградирующие гибкие подложки (плёнки, бумага).

Исследователи Iowa State разработали лазерную обработку. Импульсный лазер обрабатывает струйно-напечатанный оксид графена, улучшая проводимость без повреждения бумаги или полимеров. Обработка удаляет связующие компоненты чернил и восстанавливает оксид графена в графен, "сшивая" миллионы крошечных хлопьев. Проводимость возрастает более чем в 1000 раз. Лазер создаёт 3D наноструктуры (вьющиеся лепестки), повышающие электрохимическую активность — полезно для химических и биологических сенсоров.

Работа открывает путь к дешёвым одноразовым графеновым электрохимическим электродам для сенсоров, биосенсоров, топливных элементов, медицинских устройств.

Самовосстанавливающиеся устройства с магнитными чернилами (UCSD)

Инженеры UCSD разработали магнитные чернила для самовосстанавливающихся батарей, электрохимических сенсоров и носимых тканевых цепей. Микропartikelы в чернилах ориентированы магнитным полем так, что частицы по разные стороны разрыва притягиваются, восстанавливая устройство. Ширина зазора до 3 мм.

Существующие самовосстанавливающиеся материалы требуют внешнего триггера и минут/дней. Новая система работает без катализатора за ~0,05 секунды.

Устройства печатались, резались, разрывались — они восстанавливали себя и функцию с минимальной потерей проводимости. Демонстрация: цепь на рукаве футболки с LED и монетной батареей — после разреза ткани и цепи LED погас, через секунды загорелся снова при сходимости концов.

В будущем планируют чернила с разными ингредиентами для широкого спектра применений.