Les résidus de stabilisants dans les encres inhibent la conductivité dans l’électronique imprimée en 3D


Résidus de stabilisants dans les encres qui inhibent la conductivité des appareils électroniques imprimés en 3D

(à gauche) Impression numérique à jet d’encre d’encres contenant des nanoparticules métalliques avec évaporation de solvant in situ (épinglage). (à droite) Images optiques et chimiques d’une couche imprimée de nanoparticules d’argent montrant des résidus organiques à la . Crédit photo: Gustavo Trindade

encres contenant des nanoparticules métalliques font partie des matériaux conducteurs les plus couramment utilisés l’électronique imprimée. Les couches à jet d’encre fabriquées à partir de matériaux MNP permettent une flexibilité de conception sans précédent, un traitement rapide et une impression 3D d’appareils électroniques fonctionnels tels que des capteurs, des , des écrans LED, des transistors et des textiles intelligents.

L’impression 3D jet d’encre de métaux forme généralement un objet d’impression solide dans un processus en deux étapes: évaporation du solvant pendant l’impression (fixation) et solidification ultérieure des nanoparticules à basse température (frittage). La basse température est importante car dans de nombreuses applications, les nanoparticules sont imprimées avec d’autres matériaux organiques fonctionnels / structurels qui sont sensibles à des températures plus élevées.

Les couches produites par impression à jet d’encre de nanoparticules métalliques ont cependant une conductivité électrique différente entre les directions horizontale et verticale. Cet effet est connu sous le nom d’anisotropie fonctionnelle et a longtemps été un problème pour l’impression 3D d’appareils électroniques fonctionnels, empêchant son pour des applications avancées.

On pensait auparavant que la diminution de la conductivité verticale à travers un dispositif imprimé est principalement causée par des problèmes de forme et de continuité physique aux interfaces des constituants des nanoparticules (dans la très petite gamme micro et nano). Cependant, les chercheurs de Nottingham ont utilisé des nanoparticules d’argent pour montrer pour la première fois qu’elle était causée par des résidus chimiques organiques dans les encres.

Ces résidus, qui sont ajoutés aux encres pour stabiliser les nanomatériaux, conduisent à la formation de couches nanométriques très minces à faible conductivité qui altèrent la conductivité électrique de l’échantillon imprimé dans le sens vertical.

Résidus de stabilisants dans les encres qui inhibent la conductivité des appareils électroniques imprimés en 3D

Un prototype imprimé en 3D d’une impression jet d’encre multi-matériaux d’un capteur de déformation encapsulé utilisé dans l’étude. Crédits: Gustavo Trindade

Avec une meilleure compréhension de la distribution des additifs organiques résiduels dans les couches imprimées, les chercheurs espèrent définir de nouvelles techniques et développer de nouvelles formulations d’encre pour surmonter l’anisotropie fonctionnelle de l’électronique imprimée en 3D à jet d’encre.

L’auteur principal, CfAM Research Fellow Dr. Gustavo Trindade, a déclaré: « On sait que la conductivité des nanoparticules métalliques imprimées par jet d’encre dépend de la température de traitement et a déjà été attribuée à des changements dans la forme et la porosité des nanoparticules groupées avec le rôle de résidus organiques n’est que spéculée. »

<< Cette nouvelle vision permet de développer des moyens de surmonter l'anisotropie fonctionnelle des nanoparticules à jet d'encre et améliorera donc l'adoption de cette technologie potentiellement transformatrice et la rendra compétitive par rapport à la fabrication conventionnelle. Notre approche est transférable à d'autres encres à base de nanomatériaux, notamment ceux qui en contiennent. " Le graphène et les nanocristaux fonctionnalisés permettront le développement et l'utilisation d'électronique imprimée en 2D et 3D comme des capteurs flexibles et portables, des panneaux solaires, des écrans LED, des transistors et des textiles intelligents. "

L’étude a été réalisée par le Center for Additive Manufacturing (CfAM) dans le cadre de la subvention de programme de 5,85 millions de livres sterling financée par l’EPSRC qui permet la fabrication additive de nouvelle génération. Leurs résultats sont publiés dans un nouvel article dans Nature Journal, dans lequel « Le stabilisateur de polymère résiduel provoque une conductivité électrique anisotrope dans l’impression à jet d’encre de nanoparticules métalliques » Matériel de .

Les chercheurs ont profité de la sensibilité chimique unique d’un instrument 3D OrbiSIMS de pointe de l’Université de Nottingham. L’orbiSIMS de Nottingham – le seul dans une université britannique – permet une imagerie chimique 3D sans étiquette de matériaux à très haute résolution, révélant des résultats qui ont influencé cette étude.


Nouvelle méthode d’impression 3D de circuits électroniques entièrement fonctionnels


Plus d’information:
Gustavo F. Trindade et coll. Le stabilisant polymère restant provoque une conductivité électrique anisotrope dans l’impression à jet d’encre de nanoparticules métalliques. Matériel de communication (2021). DOI: 10.1038 / s43246-021-00151-0

Fourni par l’Université de Nottingham

Citation: Des résidus de stabilisants dans les encres qui inhibent la conductivité dans l’électronique imprimée en 3D (2021, 11 mai) ont été découverts le 15 mai 2021 sur https://phys.org/news/2021-05-stabilizer-residue-inks-inhibit -3d. html récupéré

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