Un nuovo sistema a getto d’inchiostro potrebbe portare l’elettronica stampata ad un gradino più alto
L’elettronica stampata (PE, Printed Electronics) possiede una grande potenzialità di far crescere l’industria elettronica. Ma uno degli ostacoli che impediscono che questo accada deriva dalla tecnologia degli inchiostri, che non ha raggiunto la risoluzione o la viscosità necessarie. Di conseguenza, la gamma di inchiostri funzionali che possono essere stampati, oltre che la risoluzione e le proprietà finali delle strutture e dei componenti stampati/sinterizzati, continua a essere limitata. Il progetto Hi-Response (Innovative High Resolution Electro-Static printing of Multifunctional Materials), finanziato dall’UE, si basa sulla tecnologia brevettata ESJET che include un sistema di adattamento a testina singola e multipla in grado di ottenere risoluzione, velocità e costi bassi che superano di molto gli attuali sistemi a getto d’inchiostro. Il sistema ESJET Spiegando il funzionamento di ESJET, il team descrive un sistema con serbatoio di alimentazione che contiene l’inchiostro da depositare, un tubo di uscita capillare e un’asta di carica connessa a un’alimentazione ad alta tensione, con la sua estremità all’imboccatura del tubo di uscita. L’asta di carica mantiene un potenziale di campo elettrico tra il fluido nel serbatoio e tutte le goccioline che escono dall’emettitore atterrando sul substrato. Per emettere le gocce di inchiostro, il potenziale del campo elettrico viene alterato mediante una quantità definita di tensione controllata. ESJET può stampare con una risoluzione pari a 1 micrometro, ottenendo al contempo inchiostri con una viscosità che raggiunge i 40 000 centipoise, e questo significa che può stampare nanoinchiostri altamente riempiti e materiali organici funzionali. Le risultanti strutture stampate/sinterizzate possono raggiungere una risoluzione elevata con proprietà dei componenti di alta qualità. Il sistema è stato dimostrato per un’ampia gamma di materiali, tra i quali vi sono: nano-rame, nano-argento e altri inchiostri e impasti nanoceramici riempiti. Questi possono essere utilizzati per le strutture dell’elettrodo (con una larghezza ridotta pari a 0,5-10 micrometri), semiconduttori, polimeri organici dielettrici e inchiostri organo-metallici reattivi. «È strano, ma non sono in grado di descrivere l’entusiasmo che si prova stampando linee conduttive che non si possono vedere a occhio nudo. È a questo punto che ho realizzato che avevamo creato davvero qualcosa di importante», dice il dott. Pufinji Maclean Obene, coordinatore del progetto. Raggiungendo il suo obiettivo, Hi-Response ha stampato questi materiali per creare componenti quali: antenne e sensori flessibili per automobili, schermi tattili, elementi riscaldanti flessibili per strutture di tipo radome (le cupole che proteggono i radar) nei veicoli elettrici e una rete metallica per i diodi organici a emissione di luce (OLED) usati negli schermi digitali. Tuttavia, aggiunge Obene, «Siamo felici di annunciare che utilizzeremo ESJET per depositare schemi a punti quantici (QLED) per telefoni cellulari e per stampare transistor molto piccoli, e puntiamo a fabbricare microprocessori totalmente stampati per sistemi microelettromeccanici (MEM) usati in particolare nei dispositivi medicali». Colmare una lacuna del mercato Hi-Response supporta la strategia industriale generale dell’UE attraverso l’ottimizzazione dell’efficienza e dei costi di fabbricazione, generando al contempo anche posti di lavoro. Per di più, contribuisce alla protezione ambientale riducendo il consumo di energia e le emissioni di gas a effetto serra durante il processo di fabbricazione. Sulla base dello sfruttamento della tecnologia di Hi-Response finora per varie applicazioni, il consorzio stima che il loro mercato valga circa 566 milioni di euro all’anno. Portando la commercializzazione al livello successivo, il team si sta concentrando su pochi componenti specifici. Questi sono soprattutto lo sviluppo di pixel QLED da 3-micrometri, applicazioni per l’elettronica organica e macroelettronica (OLAE), oltre a sensori e dispositivi MEM – tutti settori chiave per la cosiddetta «quarta rivoluzione industriale». «Questo settore è attualmente limitato da tempo, persone e fondi per ricerca e sviluppo», afferma Obene. «Ma le opportunità per la proprietà intellettuale sono incredibili, quindi è avanti tutta per noi!»
Parole chiave
Hi-Response, elettronica stampata, inchiostro, produzione additiva, elettrostatico, micrometro, materiale organico, nano, antenne per automobili, schermi tattili, veicoli elettrici, OLED