Consentire la produzione rapida di elettronica stampata con inchiostri basati su nanomateriali
L’elettronica stampata (PE, printed electronics) promette di rivoluzionare l’industria elettronica grazie alla sua capacità di stampare nanomateriali direttamente sulle superfici. Questi nanomateriali possono avere proprietà conduttive, resistive, capacitive e semi-conduttive. In confronto alle tradizionali tecniche di fabbricazione per circuiti stampati e semiconduttori, la PE offre vantaggi in termini di costo, prestazioni e rispetto dell’ambiente. Il progetto INSPIRED (INdustrial Scale Production of Innovative nanomateRials for printEd Devices), finanziato dall’UE, è stato lanciato per sviluppare ulteriormente la tecnologia di stampa dei nanomateriali al fine di soddisfare una domanda in crescita. Questo progetto finanziato dall’UE ha condotto studi pilota per la produzione di nanofili di argento e grafene, e ha commercializzato nuovi prodotti basati su formulazioni di questi materiali. Il tentativo di sviluppare nanomateriali idonei In confronto alle attuali tecniche di fabbricazione per circuiti integrati e semiconduttori, la PE è più efficiente in termini di costi, è in grado di operare con maggiori volumi ed è più rispettosa dell’ambiente. Tuttavia, se si vuole che ci sia una migrazione significativa verso sistemi PE a base liquida e alto volume, si dovranno sviluppare nanomateriali basati sull’inchiostro idonei e li si dovranno rendere disponibili in quantità industriali. Questi dovranno inoltre soddisfare i rilevanti standard industriali e dovranno essere compatibili con le applicazioni degli utenti finali. Andreas Rudorfer, il coordinatore del progetto, precisa però che, «la PE è spesso considerata come un pieno sostituto dell’industria dei semiconduttori, ma le cose non stanno così. Si tratta di un’integrazione per certe applicazioni e alcuni mercati dove i benefici della PE dimostrano il loro pieno potenziale, come per esempio il mercato dei display». INSPIRED intendeva sviluppare e dimostrare la stampa ad alto volume di nanomateriali per dispositivi elettronici stampati quali: celle solari (fotovoltaiche rame indio gallio selenio (CIGS FV)), schermi tattili capacitivi (CTS) e display a cristalli liquidi (LCD). INSPIRED ha sviluppato due linee pilota per determinare la caratterizzazione dei nanomateriali, che sono entrambe progredite a un ritmo molto veloce. Nanofili di argento sono stati sintetizzati usando processi di riduzione chimica a umido, mentre delle nanopiastrine di grafene sono state ottimizzate usando la produzione su larga scala mediante esfoliazione. In termini di formulazione, sono stati creati nanofili di argento che sono adatti per l’utilizzo in processi di deposizione a spruzzo ad alto volume. Le nanopiastrine di grafene sviluppate sono capaci di fornire delle proprietà potenziate se combinate con i nanofili di argento. «Aspetti relativi alla nanosicurezza dei materiali e dei processi sono stati presi in considerazione ovunque, assicurando una gestione sicura delle sostanze di interesse. Per raggiungere un approccio su misura per il progetto, è stata sviluppata una strategia di sicurezza su scala nanometrica in conformità con REACH», afferma Rudorfer. In vista di ottenere un sistema di stampa a getto d’inchiostro ad alta velocità e alto volume di lavorazione, il fabbricante delle attrezzature del consorzio ha costruito uno «strumento di stampa su grandi superfici e sinterizzazione laser» capace di gestire substrati di dimensioni fino a 1,11 x 1,3 m per applicazioni industriali. Di importanza strategica per l’economia dell’UE Il progetto INSPIRED è un’azione di ricerca e innovazione guidata dall’industria che supporta gli obiettivi e la visione del programma per le tecnologie industriali di Orizzonte 2020, mediante l’incremento della base relativa alla nanotecnologia dei produttori dell’UE. Come dice Rudorfer, «INSPIRED avrà un effetto positivo sull’intera catena del valore del settore della PE, portando benefici a fornitori di nanomateriali, produttori di inchiostro, aziende di stampa, fornitori di attrezzature e in generale ai settori della fabbricazione ad alto valore». I materiali e i processi sviluppati dal progetto stanno già portando a prodotti nuovi e migliorati. Per esempio, il partner dl progetto Thomas Swan ha sviluppato una linea pilota per nanopiastrine e prodotti di grafene (con il marchio Elicarb®) che sono già venduti sia a fabbricanti industriali che a utilizzatori di componenti. Per far progredire il lavoro, il team di INSPIRED sta valutando il potenziale per un passaggio su scala industriale delle linee pilota, e aggiornerà o sostituirà i processi di produzione secondo necessità per soddisfare i requisiti di fabbricazione e le aspettative del mercato.
Parole chiave
INSPIRED, elettronica stampata, nano, inchiostro, fabbricazione, grafene, LCD, schermi tattili capacitivi, celle solari, circuiti stampati, nanosicurezza, nanomateriale
