導(dǎo)讀

據(jù)德國電子同步加速器研究所（DESY）官網(wǎng)近日報(bào)道，該機(jī)構(gòu)與漢堡大學(xué)合作開發(fā)出一項(xiàng)適合3D打印技術(shù)的工藝，它可以用于制造透明并具有機(jī)械柔性的電子電路。

背景

柔性電子，是近年來非常熱門的一項(xiàng)新興技術(shù)。不同于傳統(tǒng)電子器件給我們帶來的僵硬呆板的印象，柔性電子產(chǎn)品能在一定范圍的形變（彎曲、折疊、扭轉(zhuǎn)、壓縮或拉伸）條件下正常工作。



目前，柔性電子已經(jīng)成為交叉學(xué)科中的研究熱點(diǎn)之一，它涵蓋有機(jī)電子、塑料電子、生物電子、納米電子、印刷電子等領(lǐng)域，其產(chǎn)品包括RFID、柔性顯示、OLED顯示與照明、柔性傳感器、柔性光伏、柔性邏輯與存儲器件、柔性電池、可穿戴設(shè)備、電子皮膚等。


柔性太陽能電池（由Epishine AB提供）、電子紙、壓電織物（圖片來源：Johan Bodell/查爾姆斯理工大學(xué)）

創(chuàng)新

近日，德國漢堡大學(xué)與德國電子同步加速器研究所（DESY）的合作開發(fā)了一項(xiàng)適合3D打印技術(shù)的工藝，它可以用于制造透明并具有機(jī)械柔性的電子電路。這些電子器件由銀納米線網(wǎng)絡(luò)組成，這些銀納米線可以懸浮地打印，并嵌入到各種柔性和透明塑料（聚合物）中。



根據(jù)漢堡大學(xué)托姆克·格勒（Tomke Glier）以及她的同事們在《科學(xué)報(bào)告（Scientific Report）》期刊上的報(bào)道，這項(xiàng)技術(shù)可以開啟新的應(yīng)用，例如打印發(fā)光二極管、太陽能電池或者具有集成電路的工具。目前，研究人員們正在演示他們的工藝在制造柔性電容以及其他產(chǎn)品方面的潛力。

技術(shù)

來自DESY、漢堡大學(xué)、馬克斯·普朗克學(xué)會聯(lián)合打造的自由電子激光科學(xué)中心（CFEL）的米歇爾·呂布豪森（Michael Rübhausen）表示：“這項(xiàng)研究的目標(biāo)在于為不同的應(yīng)用設(shè)計(jì)可3D打印的聚合物。通過我們的新方案，我們想要將電子器件集成到現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)單元中，并改進(jìn)元器件的體積與重量?！?br />
這位漢堡大學(xué)物理系教授與DESY研究員、位于斯德哥爾摩的瑞典摩皇家理工學(xué)院教授史蒂文·羅斯（Stephan Roth）一起領(lǐng)導(dǎo)了這個(gè)項(xiàng)目。采用來自DESY研究光源PETRA III的明亮光線以及其他的測量方法，團(tuán)隊(duì)精準(zhǔn)地分析了聚合物中納米線的特性。

格勒解釋道：“這項(xiàng)技術(shù)的核心就是銀納米線，它形成了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。”一般來說，銀線的厚度為幾十納米，長度為10到20微米。詳細(xì)的X光分析表明，聚合物中納米線的結(jié)構(gòu)并沒有發(fā)生變化，但是網(wǎng)格的導(dǎo)電性由于聚合物的擠壓而得到了提升，因?yàn)榫酆衔镌诠袒^程中產(chǎn)生了收縮。

銀納米線懸浮地施加到基底上并且變干。DESY X射線光源PETRA III的P03測量站（X射線研究發(fā)生的地方）的領(lǐng)頭人羅斯解釋道：“由于成本因素，目標(biāo)就是以盡可能少的納米線實(shí)現(xiàn)最高的導(dǎo)電性。這也將提升材料的透明度。他們通過這種方式，一層接一層地制造出導(dǎo)電路徑或者表面?！比嵝跃酆衔锉皇┘拥綄?dǎo)電軌跡上，然后它會被導(dǎo)電軌跡和接觸覆蓋。根據(jù)幾何形狀和使用的材料，各種導(dǎo)電元件都可以通過這種方式印刷。

在這篇論文中，研究人員們制造了一個(gè)柔性電容。格勒解釋道：“在實(shí)驗(yàn)室中，我們展開了分層工藝中的單獨(dú)工作步驟，但是實(shí)際上他們之后會被完全轉(zhuǎn)移至3D打印機(jī)?！眳尾己郎硎荆骸叭欢瑐鹘y(tǒng)的3D打印技術(shù)通常為了單獨(dú)的印刷墨水進(jìn)行優(yōu)化。為此，進(jìn)一步開發(fā)傳統(tǒng)的3D打印技術(shù)也很有必要。在基于噴墨的工藝中，打印噴嘴會被納米結(jié)構(gòu)阻塞。”


未來

下一步，研究人員們想要測試由納米線組成的導(dǎo)電路徑結(jié)構(gòu)如何在機(jī)械壓力下產(chǎn)生改變。針對這個(gè)問題，羅斯表示：“在彎曲時(shí)，這些網(wǎng)絡(luò)能在一起保持得多好？聚合物能夠保持得多穩(wěn)定？X射線非常適合于研究這些問題，因?yàn)樗俏覀兩钊胙芯坎牧喜⑶曳治鰧?dǎo)電路徑與納米線表面的唯一途徑?！?br />
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柔性電子、納米線、3D打印

參考資料

【1】Tomke E. Glier, Lewis Akinsinde, Malwin Paufler, Ferdinand Otto, Maryam Hashemi, Lukas Grote, Lukas Daams, Gerd Neuber, Benjamin Grimm-Lebsanft, Florian Biebl, Dieter Rukser, Milena Lippmann, Wiebke Ohm, Matthias Schwartzkopf, Calvin J. Brett, Toru Matsuyama, Stephan V. Roth, Michael Rübhausen. Functional Printing of Conductive Silver-Nanowire Photopolymer Composites. Scientific Reports, 2019; 9 (1) DOI: 10.1038/s41598-019-42841-3