Лес углеродных нанотрубок наносит электронные чернила на поверхность

Около десяти лет назад я написал доклад о будущем наноматериалов в печати и упаковке. Я думаю, что ее копии могут существовать сегодня только на моей книжной полке, но в то время они послужили источником информации для моего мнения о том, как наноматериалы могут быть применены в этих областях - совсем недавно, несколько лет назад, они были опубликованы на этих страницах. Основной вопрос: как нанести наноматериал на упаковку достаточно дешево, чтобы его можно было использовать в качестве одноразового предмета?

Это было непросто. Но исследователи из Массачусетского технологического института полагают, что они нашли недорогой и надежный метод штамповки, который позволяет наносить углеродные нанотрубки на гибкую поверхность, чтобы они могли служить транзистором для управления отдельными пикселями на дисплеях с высоким разрешением.

В исследовании, описанном в журнале Science Advances, технология, разработанная для нанесения углеродных нанотрубок на поверхность, позволяет отказаться от использования методов струйной печати, которые считаются шагом вперед в этой области применения. Вместо этого они обратились к довольно старой технике печати: штампу.

Конечно, методы штамповки пробовались и раньше, но они часто сталкивались с той же проблемой, что и струйная печать: нечеткие детали, когда чернила оставляют после себя узоры в виде кофейных колец, которые повреждают транзистор.

«Существующие процессы печати имеют критические ограничения в контроле над размером элемента и толщиной печатаемого слоя», — сказал А. Джон Харт, доцент Массачусетского технологического института, который руководил исследованием, в пресс-релизе. «Для чего-то вроде транзистора или тонкой пленки с особыми электрическими или оптическими свойствами эти характеристики очень важны».

Решение команды заключалось в использовании штампа с нанопористой поверхностью, то есть покрытой наноразмерными отверстиями. Основная идея заключалась в том, что чернила смогут равномерно проходить через нанопоры и достигать поверхности мишени. Они заглянули в каталог наноматериалов и остановились на старых добрых углеродных нанотрубках — их целый лес.

«Это несколько счастливая случайность, что решение для печати электроники с высоким разрешением использует наш многолетний опыт в производстве углеродных нанотрубок», — говорит Харт. «Леса углеродных нанотрубок могут переносить чернила на поверхность, как огромное количество крошечных перьев ручки».

Для изготовления нанопористых штампов исследователи использовали разработанную ими ранее технологию. Они вырастили из углеродных нанотрубок узоры на поверхности кремния. Затем они покрыли нанотрубки полимером, который позволял чернилам равномерно течь через лес нанотрубок, а также гарантировал, что трубки не сжимаются в результате штамповки.

Хотя нанопористая поверхность стала большим прорывом в этом подходе, исследователи вскоре обнаружили, что успех метода во многом зависит от того, насколько равномерно давление прикладывается к штампу. Чтобы определить, как лучше всего применять давление, исследователи также разработали прогнозирующую компьютерную модель, которая рассчитывает величину силы, необходимой для того, чтобы оставить равномерный слой чернил на целевой поверхности.

Исследователи Массачусетского технологического института уже предприняли шаги по увеличению скорости производственного процесса, разработав печатную машину с моторизованным валком. Установка включала простое размещение различных штампов на платформе, прикрепленной к пружине, которая позволяла исследователям контролировать величину прикладываемой силы.

«Это будет непрерывный промышленный процесс, в котором у вас будет штамп и валик, на котором будет подложка для печати, например, катушка пластиковой пленки или специализированная бумага для электроники», — добавил Харт. «Мы обнаружили, что, ограниченные двигателем, который мы использовали в системе печати, мы можем непрерывно печатать со скоростью 200 миллиметров в секунду, что уже конкурентоспособно по сравнению со скоростями технологий промышленной печати. ​​Это в сочетании с десятикратным улучшением производительности. Разрешение печати, которое мы продемонстрировали, обнадеживает».

По мнению исследователей, конечный продукт также оказался хорошего качества. После отжига электронных рисунков исследователи измерили хорошую проводимость напечатанных рисунков, по крайней мере, достаточно хорошую, чтобы служить высокопроизводительными прозрачными электродами.