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用于3D打印的柔性电路 柔性和透明电子产品的新工艺

汉堡大学和DESY之间的研究合作开发了一种适用于3D打印的工艺,可用于生产透明和机械柔性的电子电路。电子元件由银纳米线网构成,可以悬浮印刷并嵌入各种柔性透明塑料(聚合物)中。正如汉堡大学的Tomke Glier及其同事在“ 科学报告 ”杂志上报道的那样,这项技术可以实现可印刷发光二极管,太阳能电池或集成电路工具等新应用。研究人员正在利用柔性电容器展示其工艺潜力。

“这项研究的目的是为不同应用的3D可印刷聚合物功能化,”自由电子激光科学中心(CFEL)的MichaelRübhausen报道,DESY,汉堡大学和马克斯普朗克学会合作。“凭借我们新颖的方法,我们希望将电子元件集成到现有的结构单元中,并在空间和重量方面改进组件。” 汉堡大学的物理学教授与DESY研究员Stephan Roth一起领导了这个项目,他也是斯​​德哥尔摩皇家理工学院的教授。利用DESY研究光源PETRA III的明亮X射线光和其他测量方法,该团队精确分析了聚合物中纳米线的性质。

“技术的核心是银纳米线,形成导电网格,​​”Glier解释道。银线的厚度通常为几十纳米(百万分之一毫米),长度为10至20微米(千分之一毫米)。详细的X射线分析表明,聚合物中纳米线的结构没有改变,但是由于聚合物的压缩,当聚合物在固化过程中收缩时,网的导电性甚至提高。

将银纳米线悬浮于基材上并干燥。“出于成本原因,目标是尽可能少地使用纳米线来实现尽可能高的导电率。这也增加了材料的透明度,”DESY X射线光源PETRA III的P03测量站负责人Roth解释道,进行X射线检查的地方。“通过这种方式,可以生产出逐层,导电的路径或表面。” 将柔性聚合物施加到导电轨道上,导电轨道又可以用导电轨道和触点覆盖。根据所使用的几何形状和材料,可以以这种方式印刷各种电子元件。

在本文中,研究人员制作了一种柔性电容器。“在实验室中,我们在分层过程中执行了各个工作步骤,但实际上它们可以在以后完全转移到3D打印机,”Glier解释说。“然而,传统3D打印技术的进一步发展,通常针对单个打印墨水进行了优化,对此也是必不可少的。在基于喷墨的工艺中,打印喷嘴可能被纳米结构堵塞,”Rübhausen指出。

在下一步中,研究人员现在想要测试由纳米线制成的导电路径的结构如何在机械应力下发生变化。“在弯曲过程中,金属丝网在多大程度上保持在一起?聚合物保持稳定,”Roth指的是典型的问题。“X射线研究非常适合这种情况,因为它是我们研究材料并分析纳米线的导电路径和表面的唯一方法。”

来自汉堡大学,斯德哥尔摩皇家理工学院,斯德哥尔摩Wallenberg木材科学中心,汉堡和DESY马克斯普朗克结构与动力学研究所的研究人员参与了这项工作。

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