Neuartiges Tintenstrahlsystem könnte die gedruckte Elektronik auf die nächste Stufe hieven
Die gedruckte Elektronik hat immenses Potential, um einen tiefgreifenden Wandel in der Elektronikindustrie zu bewirken. Eine der Barrieren hierbei ist jedoch die Tintentechnologie, die nicht die erforderliche Auflösung oder Viskosität erreicht. Folglich bleiben die Auswahl funktionaler druckbarer Tinten sowie die Auflösung und finalen Eigenschaften der gedruckten/gesinterten Strukturen und Komponenten limitiert. Das EU-finanzierte Projekt Hi-Response (Innovative High Resolution Electro-Static printing of Multifunctional Materials) basiert auf der patentierten elektrostatischen Drucktechnologie, die ein ein- und mehrköpfiges Anpassungssystem umfasst, das eine Auflösung, Geschwindigkeit und Kosteneffizienz ermöglicht, die derzeitige Tintenstrahlsysteme bei Weitem übertreffen. Die elektrostatische Drucktechnologie Zur Erklärung der Funktionsweise der elektrostatischen Drucktechnologie beschreibt das Team ein Behälterzuführsystem, in dem sich die Tinte, die abgelagert werden soll, eine Kapillarauslassleitung und ein Ladestab befinden, der an eine Hochspannungsstromversorgung angeschlossen ist und dessen Spitze am Eingang der Auslassleitung ist. Der Ladestab unterhält ein elektrisches Feldpotential zwischen der Flüssigkeit im Behälter und Tropfen, die den Emitter verlassen und auf dem Substrat landen. Zur Freigabe von Tintentropfen wird das elektrische Feldpotential durch eine vorgegebene Menge kontrollierter Spannung verändert. Die elektrostatische Drucktechnologie kann mit einer Auflösung von einem Mikrometer drucken, wobei Tinten mit einer Viskosität von bis zu 40 000 Centipoise erreicht werden. Das heißt, dass das System hochgefüllte Nanotinten und funktionale organische Materialien drucken kann. Die daraus resultierenden gedruckten/gesinterten Strukturen können eine hohe Auflösung mit hochqualitativen Komponenteneigenschaften erreichen. Das System wurde für ein breites Spektrum von Materialien demonstriert, darunter: Nanokupfer, Nanosilber und andere nanokeramisch gefüllte Tinten und Pasten. Diese können für Elektrodenstrukturen (mit einer Breite von lediglich 0,5 bis 10 Mikrometern), Halbleiter, dielektrische organische Polymere und metallorganische Tinten verwendet werden. „Es ist komisch, doch ich kann die Begeisterung aufgrund des Druckens leitfähiger Leitungen, die mit dem menschlichen Auge nicht zu sehen sind, nicht in Worte fassen. An dieser Stelle merke ich, ja, wir haben da wirklich etwas Besonderes geschafft“, sagt Projektkoordinator Dr. Pufinji Maclean Obene. Hi-Response hat sein Ziel, diese Materialien auszudrucken, erreicht, um beispielsweise folgende Komponenten herzustellen: flexible Antennen und Sensoren im Automobilsektor, Touchscreens, flexible Heizungen für Radome (Antennenkuppeln) in Elektrofahrzeugen und Metallmaschen für organische Leuchtdioden (OLED), die in digitalen Displays verwendet werden. Obene ergänzt jedoch: „Wir sind erfreut, zu verkünden, dass wir die elektrostatische Drucktechnologie ebenfalls zur Ablagerung von Quantenpunkt-Displays (QLED) für Mobiltelefone und zum Ausdrucken sehr kleiner Transistoren verwenden werden, und die Herstellung vollständig gedruckter Mikroprozessoren für mikroelektromechanische Systeme (MEM) anvisieren, die vor allem in Medizinprodukten zum Einsatz kommen.“ Die Erschließung einer Marktlücke Hi-Response unterstützt die generelle industrielle Strategie der EU, da die Herstellungseffizienz optimiert und Kosten gesenkt werden, während Arbeitsplätze entstehen. Darüber hinaus trägt das Projekt zu Umweltschutzmaßnahmen bei, indem der Energieverbrauch und Treibhausgasemissionen während des Herstellungsprozesses reduziert werden. Ausgehend von der derzeitigen Nutzung der Hi-Response-Technologie für verschiedene Anwendungsbereiche, schätzt das Konsortium den jährlichen Marktwert auf circa 566 Mio. EUR. Um die nächste Stufe der Kommerzialisierung zu erreichen, fokussiert sich das Team auf ein paar spezifische Komponenten. Dies betrifft im Wesentlichen die Entwicklung von 3-Mikrometer-QLED-Pixeln, Anwendungen für die organische und großflächige Elektronik, sowie Sensoren und MEM-Geräte – dies sind allesamt wichtige Bereiche für die sogenannte „vierte industrielle Revolution“. „Dieses Gebiet ist derzeit durch Zeit, Personal sowie Mittel für Forschung und Entwicklung eingeschränkt“, sagt Obene. „Die Möglichkeiten des geistigen Eigentums sind jedoch unglaublich, sodass wir voll bei der Sache sind!“
Schlüsselbegriffe
Hi-Response, gedruckte Elektronik, Tinte, additive Fertigung, Elektrostatik, Mikrometer, organisches Material, Nano, Autoantennen, Touchscreens, Elektrofahrzeuge, OLED
