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柔性电路可通过3D打印制造!

2019年04月28日

据德国电子同步加速器研究所(DESY)官网近日报道,该机构与汉堡大学合作开发出一项适合3D打印技术的工艺,它可以用于制造透明并具有机械柔性的电子电路。

背景

  柔性电子,是近年来特别很是热门的一项新兴技术。不同于传统电子器件给我们带来的僵硬呆板的印象,柔性电子产品能在肯定范围的形变(弯曲、折叠、扭转、压缩或拉伸)条件下正常工作。

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(图片来源:美国国家科学基金会)

  目前,柔性电子已经成为交叉学科中的研究热点之一,它涵盖有机电子、塑料电子、生物电子、纳米电子、印刷电子等领域,其产品包括RFID、柔性表现、OLED表现与照明、柔性传感器、柔性光伏、柔性逻辑与存储器件、柔性电池、可穿戴设备、电子皮肤等。

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柔性太阳能电池(由Epishine AB提供)、电子纸、压电织物(图片来源:Johan Bodell/查尔姆斯理工大学)

创新

  近日,德国汉堡大学与德国电子同步加速器研究所(DESY)的合作开发了一项适合3D打印技术的工艺,它可以用于制造透明并具有机械柔性的电子电路。这些电子器件由银纳米线网络组成,这些银纳米线可以悬浮地打印,并嵌入到各种柔性和透明塑料(聚合物)中。

  根据汉堡大学托姆克·格勒(Tomke Glier)以及她的同事们在《科学报告(Scientific Report)》期刊上的报道,这项技术可以开启新的应用,例如打印发光二极管、太阳能电池或者具有集成电路的工具。目前,研究人员们正在演示他们的工艺在制造柔性电容以及其他产品方面的潜力。

技术

  来自DESY、汉堡大学、马克斯·普朗克学会联合打造的自由电子激光科学中间(CFEL)的米歇尔·吕布豪森(Michael Rübhausen)透露表现:“这项研究的目标在于为不同的应用设计可3D打印的聚合物。通过我们的新方案,我们想要将电子器件集成到现有的结构单元中,并改动元器件的体积与重量。”

  这位汉堡大学物理系教授与DESY研究员、位于斯德哥尔摩的瑞典摩皇家理工学院教授史蒂文·罗斯(Stephan Roth)一路向导了这个项目。采用来自DESY研究光源PETRA III的通亮光线以及其他的测量方法,团队精准地分析了聚合物中纳米线的特征。

  格勒诠释道:“这项技术的核心就是银纳米线,它形成了导电网络。”一样平常来说,银线的厚度为几十纳米,长度为10到20微米。细致的X光分析注解,聚合物中纳米线的结构并没有发生转变,但是网格的导电性因为聚合物的挤压而得到了提拔,由于聚合物在固化过程中产生了收缩。

  银纳米线悬浮地施加到基底上并且变干。DESY X射线光源PETRA III的P03测量站(X射线研究发生的地方)的领头人罗斯诠释道:“因为成本因素,目标就是以尽可能少的纳米线实现最高的导电性。这也将提拔材料的透明度。他们通过这种体例,一层接一层地制造出导电路径或者外观。”柔性聚合物被施加到导电轨迹上,然后它会被导电轨迹和接触覆盖。根据几何外形和使用的材料,各种导电元件都可以通过这种体例印刷。

  在这篇论文中,研究人员们制造了一个柔性电容。格勒诠释道:“在实验室中,我们睁开了分层工艺中的单独工作步骤,但是现实上他们之后会被完全转移至3D打印机。”吕布豪森透露表现:“然而,传统的3D打印技术通常为了单独的印刷墨水进行优化。为此,进一步开发传统的3D打印技术也很有需要。在基于喷墨的工艺中,打印喷嘴会被纳米结构壅塞。”

  将来

  下一步,研究人员们想要测试由纳米线组成的导电路径结构如何在机械压力下产生改变。针对这个题目,罗斯透露表现:“在弯曲时,这些网络能在一路保持得多好?聚合物能够保持得多稳固?X射线特别很是适合于研究这些题目,由于它是我们深入研究材料并且分析导电路径与纳米线外观的唯一途径。”

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