Bir daha asla sıcak olmayacak, sıcaklık doğrudan kahve fincanı üzerinde görüntülenebilir mi?
Bir gün, bir Starbucks kahve fincanı üzerindeki özel bir elektronik etiketin kahvenin gerçek zamanlı sıcaklığını doğru bir şekilde gösterebileceğini hayal edin. Harika değil mi? Ya da gıda ambalaj etiketleri, gıdanın raf ömrünü gerçek zamanlı olarak uyarabilir ve hatta cam etiketler bile dış hava ve sıcaklığı gerçek zamanlı olarak görüntüleyebilir. Bu moda değil mi? Bu, elektronik baskı ürünlerini düşük maliyetle, partiler halinde ve yüksek hassasiyetle üretebilen bazı yüksek teknolojili baskı teknolojisi gerektirir.
Araştırmacılar, cam yüzeyler (sol, sert) ve polyester plastik PET substratlar (sağ, esnek) üzerine farklı devre konfigürasyonlarını basmak için nanogözenekli karbon nanotüp kümeleri kullandılar. Resim kredisi: Sanha Kim ve DhanushkodiMariappan
Yakın zamanda, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden (MIT) araştırmacılar, ucuz, hızlı, yüksek hassasiyetli, seri üretilen bir baskı süreci geliştirdiler. Bir izlenim yaratmak için desenli karbon nanotüp kümelerini (CNT) kullanarak, herhangi bir sert veya esnek alt tabakaya çeşitli elektronik mürekkep türlerini yazdırabilir ve ortaya çıkan elektronik yapı, iyi elektrik iletkenlik özelliklerine sahiptir. Bu nano-gözenekli esnek baskı teknolojisi yalnızca Baskı hızı saniyede 200 milimetredir ve baskı doğruluğu da 10 kat artar.
Bu araştırma "Science Advances" dergisinde yayınlandı ve National Science Foundation (National Science Foundation) ve MIT Energy Initiative tarafından desteklendi.
MIT Makine Mühendisliği Bölümünde Mitsui Kariyer Geliştirme profesörü A. John Hart, ekibin baskı sürecinin yüksek çözünürlüklü ekranları ve dokunmatik ekranları kontrol edecek kadar küçük transistörleri basabilmesi gerektiğini söyledi. Tek piksel. Yeni baskı teknolojisi, diğer alanlarda kullanılan çeşitli elektronik yüzeyleri üretmek için nispeten ucuz ve hızlı bir yol sağlayabilir.
Hart, "Şu anda, basit hesaplama ve etkileşimli işlevlere sahip elektronik cihazların ucuza üretilmesi için büyük bir talep var" dedi. "Yeni baskı sürecimiz, transistörler, optik olarak işlevsel yüzeyler ve genel amaçlı sensörler dahil olmak üzere tamamen basılı elektronik ürünler için yüksek performanslı bir teknolojidir.
Makalenin ilk yazarı, Massachusetts Institute of Technology'nin Makine Mühendisliği ve Kimya Mühendisliği Bölümü'nde doktora sonrası araştırmacı olan Sanha Kim'dir, ilgili yazar A. John Hart'tır ve ortak çalışan Makine Mühendisliği Bölümü'dür. Yüksek lisans öğrencileri Hossein Sojoudi, Hangbo Zhao ve Dhanushkodi Mariappan; ve Gareth Mc Kinley, Mühendislik Okulunda Yenilik Öğretimi Profesörü ve Kimya Mühendisliği Profesörü Karen Gleason.
Mühür-Mini Tüy
Son yıllarda basılı elektronik ürünler üretmek için mürekkep püskürtmeli baskı ve kauçuk baskı teknolojisi gibi birçok teknoloji olmuştur, ancak baskı sonuçları mükemmel değildir. Bu teknolojilerin baskı çözünürlüğü düşük olduğu için, bir "kahve halkası" efekti üretmek kolaydır, yani baskı mürekkebinin baskı sınırını aşması kolaydır veya düzensiz baskı etkisi, baskı devresinin işlevinin hatalı olmasına neden olur.
Hart şöyle açıkladı: "Mevcut baskı devre teknolojisinin temel sınırlaması, basılı özellik boyutu (çözünürlük) ve baskı kalınlığında yatmaktadır. Özel elektriksel ve optik özelliklere sahip ince filmler için baskı çözünürlüğü ve kalınlığı çok yüksektir. önemli."
MIT araştırmacıları, nanogözenekli izlenimler olarak güçlü karbon nanotüp kümelerini kullanıyor
Bu amaçla Hart ekibi, tırnak büyüklüğünde bir sünger contaya benzeyen ve kıldan çok daha ince olan çok sayıda desenli özellikten oluşan "nanogözenekli" özelliklere sahip bir karbon nanotüp (CNT) mühür tasarladı. Kabarık nano gözenekli ürünün kılcal emişini kullanarak, damga nanopartiküllerden oluşan baskı mürekkebi ile eşit şekilde yüklenebilir ve sert ve esnek yüzeyler dahil olmak üzere herhangi bir yüzeye eşit şekilde basılabilir. Geleneksel kauçuk baskı teknolojisi (fleksografik baskı olarak da bilinir) ile karşılaştırıldığında, bu mühür tasarımı, nihai basılı yapının daha yüksek bir çözünürlük elde etmesini sağlayabilir.
Hart ekibi en mükemmel sızdırmazlık malzemesini düşündü Karbon atomu katmanlarından oluşan güçlü ve sağlam mikro silindirik bir yapı olan karbon nanotüp (CNT). Tesadüfen, Hart ekibi, belirli konfigürasyonlara sahip dikey karbon nanotüp kümelerinin büyümesini kontrol etmede özellikle iyidir.Karbon nanotüp kümelerinin desenli düzenlemesini kontrol etmek, yüksek hassasiyetli bir yapıya sahip bir mühür elde edebilir.
Hart şunları söyledi: "Mevcut yüksek çözünürlüklü baskı devre probleminin çözümünün, uzun yıllardır üzerinde çalıştığımız karbon nanotüplerin arka planına dayandığı için çok şanslıyız. Karbon nanotüp kümeleri mürekkebi mevcut herhangi bir yüzeye yükleyebilir ve iyi aktarabilir. Sayısız minyatür tüy kalem gibi. "
Rulodan ruloya işleme (Rulodan ruloya işleme)
2014'ün başlarında, Hart ekibi silikon yüzeyinde farklı desenli karbon nanotüp kümeleri oluşturmak için bir teknoloji geliştirdi ve bal peteği ve çiçek yapıları gibi çeşitli karbon nanotüp dizileri elde etti.
Farklı konfigürasyonlarda polimer filmlerle (pPFDA) kaplanmış karbon nanotüp ölçüler
Harrisonın ekibi tarafından önerilen polimer film kaplama teknolojisi ile birlikte bu desenleme teknolojisine dayanarak, Baskı mürekkebinin karbon nanotüp kümelerine etkili bir şekilde nüfuz etmesini ve karbon nanotüp kümelerinin mürekkep basıldıktan sonra çökmemesini sağlayabilir. . Daha sonra Hart ekibi, gümüş, çinko oksit veya yarı iletken kuantum noktaları gibi nanopartiküller içeren az miktarda elektronik mürekkebi batırmak için bu nano-gözenekli karbon nanotüp mührü kullandı.
Basılı desenlerin kalitesinin anahtarı: baskı basıncını kontrol edin
Sonunda, ince, yüksek çözünürlüklü baskı desenleri elde etmenin anahtarı, damga baskı mürekkebinin basıncının nasıl kontrol edileceğidir. Bu amaçla Hart ekibi, damganın pürüzlülüğü ve basılacak yüzey ve mürekkepteki nanopartikül konsantrasyonu göz önüne alındığında tek tip bir baskı mürekkebi tabakası elde etmek için ne kadar baskı gücü gerektiğini incelemek için fiziksel bir model oluşturdu.
MIT Baskılı Devre Sistemi: Elektrikli silindir, nano-gözenekli baskı, yay bağlantı platformu vb. Dahil. Resim kredisi: Sanha Kim ve DhanushkodiMariappan
Ayrıca Danushkodi Mariaban, toplu baskı elde etmek için özel bir yazıcı yaptı. Çeşitli esnek alt tabakalara sahip elektrikli silindir . Araştırmacı her izlenimi Yay ile bağlantılı platform Üst kısım, alt tabaka üzerine basılacak kalıbın basıncını kontrol etmek için kullanılır.
Hart şunları söyledi: "Bu, sürekli bir üretim sürecini, bir kalıp artı plastik film makaraları veya diğer özel elektronik baskı kağıtları gibi basılacak çeşitli alt tabakalarla sarılmış bir elektrikli silindir oluşturur."
Sonuçlar çok cesaret verici.
MIT araştırmacıları, farklı konfigürasyonlara sahip baskılı devreler yapmak için gümüş nanopartiküller (solda) ve yarı iletken kuantum noktaları (sağda) kullandılar.
Mevcut baskı sisteminde kullanılan motorlarla sınırlandırılan Hart ekibinin baskı devre sistemi, mevcut endüstriyel baskı teknolojisinin hızıyla eşleşebilen saniyede 200 milimetre hızla sürekli baskı yapabiliyor. Hart ekibinin baskı çözünürlüğü de on kat arttı!
Basılı yapı farklı zamanlarda ve sıcaklıklarda (solda) ve elektriksel iletkenlik testinde (sağda) tavlanır.
Araştırmacılar, farklı elektronik mürekkeplerden çeşitli kabartma yapıları tasarladılar ve bunların iletkenlik özelliklerini test ettiler. Tavlama veya ısıtmadan sonra, araştırmacılar tarafından elde edilen çeşitli baskılı devreler, son derece yüksek iletkenlik özellikleri ve yüksek performanslı şeffaf elektrotlar gibi geniş uygulama potansiyeli sergiler.
Gelecekte, Hart ekibi teknolojinin tamamen basılı elektronik ürünlerde kullanım potansiyelini daha da geliştirmeyi planlıyor.
Hart, "Ek olarak, yeni ultra ince elektronik cihazlar ve enerji dönüştürme cihazları geliştirmek için bu baskı teknolojisini grafen gibi iki boyutlu malzemelerle entegre etmeyi planlıyoruz" dedi.
