Nowy system atramentowy może przenieść elektronikę drukowaną na wyższy poziom
Elektronika drukowana (PE) ma ogromny potencjał, który może doprowadzić do przełomowych zmian w przemyśle elektronicznym. Jedną z barier w tym zakresie jest jednak technologia atramentowa, która nie zapewnia wymaganej rozdzielczości ani lepkości. W związku z tym zakres funkcjonalnych tuszy, które mogą być drukowane, jak również rozdzielczość i ostateczne właściwości drukowanych/spiekanych struktur i komponentów, pozostają ograniczone. Finansowany przez UE projekt Hi-Response (Innovative High Resolution Electro-Static printing of Multifunctional Materials) opiera się na opatentowanym systemie ESJET, składającym się z jedno- i wielogłowicowego systemu adaptacyjnego, umożliwiającego osiągnięcie znacznie lepszych rozdzielczości, szybkości i kosztów w porównaniu do systemów atramentowych. System ESJET Wyjaśniając funkcjonowanie ESJET, zespół opisuje system zbudowany ze zbiornika, w którym znajduje się atrament przeznaczony do osadzania, wylotowej rurki kapilarnej oraz pręta ładującego podłączonego do źródła wysokiego napięcia, z końcówką znajdującą się przy wejściu rurki wylotowej. Pręt ładujący utrzymuje potencjał pola elektrycznego pomiędzy płynem w zbiorniku a kroplami, które opuszczają emiter i trafiają na podłoże. Aby uwolnić krople tuszu, potencjał pola elektrycznego jest zmieniany o określoną ilość kontrolowanego napięcia. System ESJET pozwala na drukowanie w rozdzielczości 1 mikrometra, jednocześnie osiągając lepkość atramentu do 40 000 centypuazów, co oznacza, że pozwala drukować przy użyciu wysoce wypełnionych nanotuszy i funkcjonalnych materiałów organicznych. Powstałe w ten sposób drukowane/spiekane struktury mogą osiągnąć dużą rozdzielczość dzięki właściwościom wysokiej jakości komponentów. System został przetestowany z wykorzystaniem wielu różnych materiałów, takich jak nanomiedź, nanosrebro oraz inne tusze i pasty z wypełnieniem nanoceramicznym. Mogą być one stosowane do produkcji elektrod (o szerokości 0,5-10 mikrometrów), półprzewodników, dielektrycznych polimerów organicznych oraz reaktywnych tuszy metaloorganicznych. „To zabawne, ale nie potrafię opisać ekscytacji, która towarzyszy drukowaniu linii przewodzących niewidocznych gołym okiem. To właśnie w tym momencie zdaję sobie sprawę, że stworzyliśmy coś niezwykłego”, mówi koordynator projektu dr Pufinji Maclean Obene. W projekcie Hi-Response wydrukowano te materiały, aby stworzyć takie komponenty jak elastyczne anteny i czujniki samochodowe, ekrany dotykowe, elastyczne elementy grzejne do osłon anten radiolokatorów w pojazdach elektrycznych oraz metalowe siatki do organicznych diod elektroluminescencyjnych (OLED) stosowanych w wyświetlaczach cyfrowych. Jak jednak dodaje Obene: „Z radością informujemy, że wykorzystamy ESJET także do osadzania wyświetlaczy QLED przeznaczonych do telefonów komórkowych oraz do drukowania bardzo małych tranzystorów, a także do produkcji w pełni zadrukowanych mikroprocesorów do systemów mikroelektromechanicznych (MEM) stosowanych szczególnie w urządzeniach medycznych”. Wykorzystanie luki na rynku Projekt Hi-Response wspiera realizację ogólnej strategii przemysłowej UE poprzez optymalizację wydajności i kosztów produkcji, przy jednoczesnym tworzeniu miejsc pracy. Dodatkowo, przyczynia się do ochrony środowiska poprzez zmniejszenie zużycia energii i emisji gazów cieplarnianych w procesie produkcji. W oparciu o dotychczasowe wykorzystanie technologii Hi-Response w różnych zastosowaniach konsorcjum szacuje, że wartość rynku wynosi około 566 mln euro rocznie. Przenosząc komercjalizację na wyższy poziom, zespół koncentruje się na kilku konkretnych elementach. Są to przede wszystkim: tworzenie 3-milimetrowych pikseli QLED, zastosowania z dziedziny elektroniki organicznej i wielkopowierzchniowej (OLAE), jak również czujniki i urządzenia MEM – wszystkie one są kluczowe dla tak zwanej „czwartej rewolucji przemysłowej”. „Ograniczeniami dla naszej dziedziny są czas, zasoby ludzkie oraz środki na badania i rozwój”, mówi Obene. „Ale jednocześnie mamy przed sobą olbrzymie szanse związane z własnością intelektualną”.
Słowa kluczowe
Hi-Response, elektronika drukowana, farba drukarska, produkcja dodatków, elektrostatyczna, mikrometr, materiały organiczne, nano, anteny samochodowe, ekrany dotykowe, pojazdy elektryczne, OLED
