Кавові плями надихають оптимальну техніку друку для електроніки

Ви коли-небудь проливали каву на своєму столі? Тоді ви, можливо, спостерігали одне з найбільш дивовижних явищ механіки рідини — ефект кавового кільця. Цей ефект перешкоджає промисловому розгортанню функціональних фарб із графеном, 2-D матеріалами та наночастинками, оскільки змушує друковані електронні пристрої поводитися нерегулярно.

Тепер, вивчаючи цей процес протягом багатьох років, команда дослідників створила нове сімейство фарб, яке долає цю проблему, що дозволяє виготовити нову електроніку, наприклад, датчики, детектори світла, батареї та сонячні батареї.

Кавові кільця утворюються тому, що рідина швидше випаровується по краях, викликаючи скупчення твердих частинок, що призводить до характерного темного кільця. Чорнило поводяться як кава — частинки чорнила накопичуються по краях, створюючи неправильні форми і нерівні поверхні, особливо при друкуванні на твердих поверхнях, таких як кремнієві пластини або пластик.

Дослідники під керівництвом Тауфіке Хасана з Кембриджського центру графена Кембриджського університету, Коліна Бейна з кафедри хімії університету Дарем, та Менг Чжан з Школи електронної та інформаційної інженерії університету Бейханг, вивчали фізику поєднання крапель чорнила. відстеження частинок у високошвидкісній мікрофотографії, механіці рідини та різних комбінаціях розчинників.

Їх розчин: спирт, конкретно суміш ізопропілового спирту та 2-бутанолу. Використовуючи їх, частинки чорнила мають тенденцію до рівномірного розподілу по краплі, утворюючи форми з рівною товщиною та властивостями. Про їх результати повідомляється у журналі Наукові досягнення.

"Природна форма крапель чорнила є сферичною, однак, завдяки їхньому складу краплі чорнила набувають форми млинців", — сказав Хасан.

Під час висихання нові краплі чорнила плавно деформуються по всій поверхні, послідовно поширюючись на частинки. Використовуючи цю універсальну рецептуру, виробники можуть застосувати струменевий друк як дешеву, просту в доступі стратегію виготовлення електронних пристроїв та датчиків. Нові чорнила також уникають використання полімерів або поверхнево-активних речовин — комерційних добавок, що застосовуються для боротьби з ефектом кавового кільця, але в той же час порушують електронні властивості графену та інших двовимірних матеріалів.

Найголовніше, що нова методологія забезпечує відтворюваність та масштабованість — дослідникам вдалося надрукувати 4500 майже однакових пристроїв на кремнієвій пластині та пластиковій підкладці. Зокрема, вони надрукували газові датчики та фотоприймачі, обидва показали дуже невеликі відмінності в продуктивності. Раніше друк кількох сотень таких пристроїв вважався успішним, навіть якщо вони демонстрували нерівномірну поведінку.

"Розуміння цієї основної поведінки крапель чорнила дозволило нам знайти це ідеальне рішення для струменевого друку всіляких двовимірних кристалів", — сказав перший автор Гохуа Ху. "Наша рецептура може бути легко розширена для друку нових електронних пристроїв на кремнієвих пластинах або пластиках, і навіть у фарбовому розпиленні та носінні, які вже відповідають або перевищують вимоги до технологічності друкованих пристроїв".

Крім графена, команда оптимізувала понад десяток рецептур чорнила, що містять різні матеріали. Деякі з них є графенними двовимірними «родичами», такими як чорний фосфор і нітрид бору, інші — більш складні структури, як гетероструктури — «бутерброди» з різних двовимірних матеріалів — і наноструктуровані матеріали. Дослідники стверджують, що їх чорнильні склади також можуть друкувати чисті наночастинки та органічні молекули. Ця різноманітність матеріалів може стимулювати виробництво електронних та фотонних приладів, а також більш ефективні каталізатори, сонячні батареї, батареї та функціональні покриття.

Колектив розраховує побачити промислові програми цієї технології зовсім скоро. Їх перші докази концепції — друковані датчики та фотоприймачі — показали перспективні результати щодо чутливості та послідовності, що перевищують звичайні галузеві вимоги. Це повинно залучити інвесторів, зацікавлених у друкованій та гнучкої електроніці.

"Наша технологія може пришвидшити використання недорогих, малопотужних, ультраподключенних датчиків для Інтернету речей", — сказав Хасан. "Мрія про розумні міста здійсниться".

Facebook Comments