Szybka produkcja elektroniki drukowanej za pomocą nanomateriałowych tuszy
Elektronika drukowana (PE) daje nadzieję na zrewolucjonizowanie branży elektronicznej dzięki możliwości drukowania nanomateriałów bezpośrednio na powierzchniach. Te nanomateriały mogą mieć właściwości przewodzące, oporowe, pojemnościowe i półprzewodnikowe. W porównaniu z tradycyjnymi technikami produkcji płytek drukowanych i półprzewodników, PE oferuje korzyści pod względem kosztów, wydajności i ochrony środowiska. Finansowany przez UE projekt INSPIRED (INdustrial Scale Production of Innovative nanomateRials for printEd Devices) powstał w celu dopracowania technologii druku nanomateriałowego, aby zaspokoić rosnące zapotrzebowanie. W ramach finansowanego przez UE projektu przeprowadzono pilotażowe badania w zakresie produkcji nanodrutów srebra i grafenu oraz wprowadzono na rynek nowe produkty oparte na recepturach tych materiałów. Dążenie do opracowania odpowiednich nanomateriałów W porównaniu z technikami produkcji płytek drukowanych i półprzewodników, drukowanie elektroniki jest bardziej ekonomiczne, wydajne i przyjazne dla środowiska. Jeśli jednak ma nastąpić znaczące przejście na oparte na płynach, wysokowydajne systemy PE, konieczne będzie opracowanie i udostępnienie w ilościach przemysłowych odpowiednich nanomateriałów przeznaczonych do drukowania. Będą one również musiały spełniać odpowiednie normy przemysłowe i być kompatybilne z docelowymi zastosowaniami. Koordynator projektu Andreas Rudorfer dodaje przy tym: „Często uważa się, że PE ma całkowicie zastąpić inne technologie produkcji półprzewodników, ale tak nie jest. Technologia ta stanowi jedynie uzupełnienie odpowiednie do niektórych zastosowań i rynków, w przypadku których korzyści płynące z PE pokazują ich pełny potencjał, takich jak rynek wyświetlaczy”. W ramach projektu INSPIRED opracowano i zaprezentowano wysokonakładową technikę druku nanomateriałów na potrzeby elektroniki drukowanej, takiej jak ogniwa słoneczne (ogniwa fotowoltaiczne oparte na selenku miedziowo-indowo-galowym (CIGS PV)), pojemnościowe ekrany dotykowe (CTS) oraz wyświetlacze ciekłokrystaliczne (LCD). Opracowano dwie linie pilotażowe w celu określenia charakterystyki nanomateriałów, a budowa obu instalacji przebiegała bardzo sprawnie. Zsyntetyzowano nanodruty srebra w mokrych procesach redukcji chemicznej oraz zoptymalizowano nanopłytki grafenowe przy użyciu wielkoskalowej produkcji metodą eksfoliacji. Jeżeli chodzi o nowe receptury, w ramach projektu opracowano nanokomórki srebra, które nadawały się do zastosowania w wysokowydajnych procesach osadzania. Opracowano także nanopłytki grafenowe, które w połączeniu z nanopłytkami srebra nadają materiałom lepsze właściwości. „Dokładnie przyjrzeliśmy się aspektom nanobezpieczeństwa materiałów i procesów, zadbaliśmy także o bezpieczne postępowanie z potencjalnie niebezpiecznymi substancjami. Aby uzyskać podejście odpowiadające specyfice projektu, opracowano strategię nanobezpieczeństwa zgodną z rozporządzeniem REACH”, mówi Rudorfer. W celu opracowania wydajnego, szybkiego systemu druku atramentowego, producent sprzętu wchodzący w skład konsorcjum zbudował narzędzie do druku wielkopowierzchniowego i spiekania laserowego, umożliwiające przetwarzanie podłoży o wymiarach do 1,11 x 1,3 m w zastosowaniach przemysłowych. Strategiczne znaczenie dla gospodarki UE Projekt INSPIRED jest inspirowanym przez przemysł działaniem na rzecz badań naukowych i innowacji, które wspiera realizację celów i wizji programu „Horyzont 2020” w zakresie technologii przemysłowych poprzez zwiększenie bazy nanotechnologicznej producentów z UE. Rudorfer tłumaczy: „Projekt INSPIRED będzie miał pozytywny wpływ na cały łańcuch wartości sektora PE, przynosząc korzyści dostawcom nanomateriałów, producentom farb drukarskich, firmom poligraficznym, dostawcom sprzętu i ogólnie sektorom produkcji o wysokiej wartości”. Materiały i procesy opracowane w ramach projektu już teraz prowadzą do powstania nowych i ulepszonych produktów. Na przykład, partner projektu Thomas Swan opracował pilotażową linię do wytwarzania nanopłytek i produktów grafenowych (pod marką Elicarb®), które są już sprzedawane zarówno producentom przemysłowym jak i użytkownikom komponentów. Aby kontynuować prace, zespół INSPIRED ocenia linie pilotażowe pod kątem zwiększenia potencjału i będzie modernizował lub zastępował procesy produkcyjne w zależności od potrzeb w celu spełnienia wymagań produkcyjnych i oczekiwań rynku.
Słowa kluczowe
INSPIRED, elektronika drukowana, nano, atrament, produkcja, grafen, LCD, pojemnościowe ekrany dotykowe, ogniwa słoneczne, płytki drukowane, nanobezpieczeństwo, nanomateriały
