The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
This translation into Arabic was automatically generated through Google Translate.
English Version | Other Languages
1Department of Materials Science and Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign, 2Center for Micro- and Nanotechnology, Lawrence Livermore National Laboratory, 3Presently at the Interdisciplinary Center for Wide Band-gap Semiconductors, University Of California Santa Barbara
Ahn, B. Y., Walker, S. B., Slimmer, S. C., Russo, A., Gupta, A., Kranz, S., et al. Planar and Three-Dimensional Printing of Conductive Inks. J. Vis. Exp. (58), e3189, doi:10.3791/3189 (2011).
الالكترونيات المطبوعة تعتمد على منخفضة التكلفة ، وطرق تصنيع واسعة لإنشاء منطقة الالكترونية مرنة أو متعدد الأبعاد ، الكتروضوئي ، والأجهزة الطبية الحيوية 1-3. في هذه الورقة ، ونحن نركز على واحد (1D) ، واثنين من (2D) ، وثلاثية الأبعاد (3D) من أحبار الطباعة المعدنية الموصلة في شكل microelectrodes مرنة ، للمط ، والممتدة.
مباشرة والكتابة 4،5 التجمع هو أسلوب الطباعة إلى 1 - 3D التي تتيح للتصنيع من الميزات التي تتراوح بين خطوط بسيطة إلى الهياكل المعقدة التي ترسب الأحبار تتركز من خلال الفتحات الدقيقة (~ 0،1 حتي 250 ميكرون). هذا الأسلوب الطباعة يتكون من مرحلة الكمبيوتر التي تسيطر عليها الترجمة من 3 محاور ، وهي خزان الحبر وفوهة ، وعدسة تلسكوبية 10X عن التصور. على عكس الطباعة النافثة للحبر ، وهي عملية الحبرية ومقرها المباشر والكتابة التجميع ينطوي على قذف خيوط الحبر سواء داخل أو خارج الطائرة. وشعيرات المطبوعة تتفق عادة على حجم الفوهة. Hencه ، ويمكن منقوشة ميزات الميكروسكيل (<1 ميكرون) ، وتجميعها في صفائف أكبر وأبنية متعددة الأبعاد.
في هذه الورقة ، ونحن لأول مرة تجميع جسيمات متناهية الصغر من الفضة عالية التركيز حبر الطباعة المستوية و 3D مباشرة عبر الكتابة التجميع. المقبل ، ويتجلى بروتوكول قياسي لmicroelectrodes الطباعة في الأشكال المتعددة الأبعاد. أخيرا ، ويسلط الضوء على تطبيقات microelectrodes المطبوعة لهوائيات صغيرة كهربائيا ، والخلايا الشمسية ، والثنائيات التي تشع ضوءا.
1. مقدمة
2. إعداد تتركز بشكل كبير أحبار جسيمات متناهية الصغر من الفضة
3. والكتابة المباشرة التجمع
4. ممثل النتائج :
قمنا بإعداد جسيمات متناهية الصغر من الفضة الأحبار عالية التركيز وأظهر ميزات طبعت في الأشكال المستوية موصل و 3D التطبيقات الالكترونية والكتروضوئي مع دقة الطباعة ~ 2-30 ميكرون. للحصول على مثال ، الشكل 8 يسلك دقة الطباعة لهذه التقنية. ويتم الحصول على ميزات العرض المطبوعة مع الحد الأدنى من القطب 2 ~ ميكرومتر (1.4 ميكرومتر سميكة) في تمريرة واحدة باستخدام فوهة 1 - 11 ميكرون.
الشكل 9 تظهرق شفافة شبكات الفضة موصل ، منقوشة من فوهة 5 ميكرون على مرونة الفيلم بوليميد 12. النصوص المطبوعة تحت شبكات مرئية بوضوح. يمكن لهذه الشبكات فضية شفافة تكون بدائل جذابة للشفافية إجراء المواد (TCO) أكسيد.
يتم أيضا تمكين الطباعة امتثالي الصعود إلى ركائز غير المستوية باستخدام هذا الأسلوب. الرقم 10 يدل على الطباعة امتثالي من هوائي صغير 3D كهربائيا. ويستخدم معدن 100 ميكرون فوهة لطباعة سطر أنماط تسكع على سطح الكرة الأرضية من الزجاج 13. هذا النهج قد تجد العديد من التطبيقات بما في ذلك زرع الهوائيات ويمكن ارتداؤها ، والإلكترونيات ، وأجهزة الاستشعار.
وأثبتت تطبيقات microelectrodes الفضة الممتدة في ثلاثي الأبعاد الخلايا الكهروضوئية والثنائيات الباعثة للضوء (الشكل 11-14).
أولا ، الشكل 11 مثال قذيفة كروية السيليكون. هذا الفيلم واهية ر 2 ميكرومتريمكن أن تكون الأسلاك hickness المستعبدين من دائرة خارجية عن طريق طباعة احادي 14. هذا الأسلوب يستخدم الحد الأدنى من ضغط الاتصال ، والذي هو مفيد جدا للأجهزة الحساسة.
المقبل ، يوضح الشكل 12 مثال لطباعة ربط الممتدة لمجموعة السيليكون الشمسية في microcell التي يتم فصلها بواسطة السيليكون عناصر microribbon 33 ميكرون الفجوة 15.
المقبل ، والفضة ويبين الشكل 13 ليربط الغاليوم زرنيخيد المستندة إلى مجموعة LED مع 4 - 4 - بواسطة بكسل ، حيث أن كل بيكسل (500 × 500 × 2.5 ميكرون 3) هو 200 ميكرومتر وبصرف النظر متباعدة 11. صورة أسفل يعرض مجموعة LED ، التي ينبعث منها ضوء أحمر موحدة تحت التحيز تطبيقها من 6 الخامس من بيكسل واحد. القدرة على طباعة أقطاب الممتدة يتيح الربط البيني متعدد الطبقات من دون استخدام طبقات دعم أو الذبيحه (صور أعلى).
كما مظاهرة النهائي ، ويبين الشكل 14 SEM الصور لهيئة التصنيع العسكري 3D المعقدةroperiodic شعرية الفضة المطبوعة بواسطة فوهة 5μm.

الشكل 1. الصور الضوئية لأجهزة الحبر مباشرة الكتابة.

الشكل 2. الكتابة بالحبر مباشرة من ميزة فتيلية.

الشكل 3. حبر الكتابة مباشرة من الدعم الذاتي ميزات الممتدة.

الشكل 4. التصميمات الحبر للكتابة الحبر مباشرة. وقد وضعت مجموعة واسعة من الأحبار اللزجة تتركز حول كتابة مباشرة لهياكل 3D مستو ومعقدة مع ميزات الميكروسكيل.

الشكل 5 (يسار) نقل الإلكترون المجهري (TEM) صورة جزيئات الفضة. (أعلى اليمين) SEM صور microelectrodes الفضة المنقوشة مع فوهة 15 ميكرومتر بوصفها وظيفة من الصلب في درجات الحرارة. (أسفل يمين) المقاومية الكهربائية للmicroelectrodes الفضة بوصفها وظيفة من الصلب درجة الحرارة والوقت.

الشكل 6. اللزوجة واضح (η) من جسيمات متناهية الصغر من الفضة الأحبار بوصفها وظيفة من تحميل المواد الصلبة.

الرقم 7. مرونة معامل القص (G ') كدالة للإجهاد القص للأحبار جسيمات متناهية الصغر من الفضة الصلبة متفاوتة التحميل.

الرقم 8. SEM الصور صفائف مستو من الفضة المنقوشة microelectrodesعلى رقاقة سيليكون مع فوهة 1 ميكرون.

الرقم 9. الصور الضوئية لشبكات شفافة الفضة موصل (يسار) والصور SEM من شبكات المطبوع بوصفها وظيفة من خط الملعب (يمين).

الرقم 10. الصور الضوئية ألقي القبض عليهم أثناء الطباعة امتثالي من الهوائيات الصغيرة كهربائيا على ركيزة زجاجية نصف كروية.

الرقم 11. الصور الضوئية التي تم الحصول عليها من خلال الطباعة microelectrodes الفضة الممتدة على قذيفة رقيقة السيليكون (2 ميكرون) كروية.

الرقم 12. SEM صورة microelectrode الفضة الممتدة السيليكون المطبوعة على ذلكلار microcell الصفيف.

الرقم 13. الصور SEM (أعلى) ، والصورة البصرية (الأسفل) من قبل 4 - 4 مجموعة مترابطة من قبل شرائح LED microelectrodes الفضة.

الرقم 14. SEM صورة شعرية 3D microperiodic الفضة.
وتقتصر المناهج التقليدية الطباعة الحبرية مقرها ، مثل الطباعة النافثة للحبر ، إلى تلفيق أقطاب مستو مع الجانب نسبة منخفضة نظرا لطبيعة وتمييع اللزوجة المنخفضة للأحبار المستخدمة. في الآونة الأخيرة ، استخدمت تراجع من ركلة جزاء nanolithography (DPN) 20-22 والبريد طائرة 23-25 الطباعة إلى ميزات نمط الموصلة. هذه الطرق تستخدم أيضا تمييع ، والأحبار اللزوجة منخفضة. تستخدم Pearton وزملاء العمل DPN إلى إيداع جسيمات متناهية الصغر من الفضة المتوفرة تجاريا الحبر في الكتابة بسرعة تصل إلى 1600 ق بعرض ميكرومتر -1 و سطر من حوالي 0.5 ميكرون 22. ومع ذلك ، تصنيع أنماط استنساخه في مناطق واسعة لم يتم حتى الآن أثبت هذا النهج. كما تم الأحبار جسيمات متناهية الصغر من الفضة التي أودعتها البريد الطباعة النفاثة لتشكيل آثار موصلة مع خط بعرض 1.5 ~ 25 ميكرون. ومع ذلك ، كما هو الحال مع الطباعة النافثة للحبر ، قد طبعت ملامح غير متجانسة تنشأ نتيجة لانخفاض تشكيل الأقمار الصناعية وغير موحدة قطرة دrying 24،25.
كما تبين أعلاه ، والكتابة المباشرة التجمع من جسيمات متناهية الصغر من الفضة يتركز الأحبار يتغلب على هذه القيود من خلال نهج الطباعة فتيلية مقرا لها. هذه التقنية تمكن من تصنيع microelectrodes موصل مع الجانب نسب عالية (ح / ث ≈ 1.0) في واحد يمر السماح بإنشاء 1D ، 2D ، 3D وأبنية. حجم الميزات المطبوعة يعتمد على فوهة قطرها ، والحبر تحميل المواد الصلبة ، والضغوط التي مورست ، وسرعة الطباعة. حتى الآن ، وآثار صغيرة مثل موصل تم منقوشة ~ 2 ميكرون باستخدام فوهة 1 ميكرومتر بسرعات متواضعة (<2 مم ق -1). بواسطة الخياطة تكوين فوهة الحبر والهندسة ، وسرعات الطباعة الأقصى ما يزيد على 10 سم -1 ق ممكنة. ومع ذلك ، طباعة عالية السرعة باستخدام الفتحات الدقيقة (<5 ميكرومتر) لا يزال يشكل تحديا كبيرا.
لشرح تطبيقات مباشرة والكتابة التجمع ، ونحن ملفقة الشبكات الموصلة ، شهوائيات صغيرة ectrically ، والخلايا الشمسية ، والضوء الثنائيات مع أقطاب المطبوعة المستوية والممتدة (الشكل 8-14). على وجه الخصوص ، لا يقتصر مقاربتنا لإنشاء هياكل معدنية. باستخدام تصاميم الحبر الأخرى ، مثل تلك القائمة على فبروين الحرير ، والأحبار هيدروجيل العضوية الهارب ، فقد وضعنا 3D السقالات وشبكات الاوعية الدموية الدقيقة للهندسة الأنسجة والخلايا عن طريق الثقافة والكتابة المباشرة التجمع 26-30.
التطلع نحو المستقبل ، وهناك العديد من الفرص والتحديات. مزيد من التقدم يتطلب التصاميم حبر جديدة ، وتحسين نمذجة ديناميكية تدفق الحبر ، وتعزيز النظم الروبوتية والسيطرة عليها. منطقة واسعة لتصنيع هياكل 1D 3D مع إنتاجية عالية والقرار النانو (<100 نانومتر) لا يزال يشكل تحديا كبيرا.
الإعلان عن أي تضارب في المصالح.
وتستند هذه المادة على العمل بدعم من وزارة الطاقة الأميركية ، علوم وهندسة المواد شعبة (رقم جائزة DEFG - 02 - 07ER46471) ومركز بحوث الطاقة في وزارة الطاقة فاتح مواد التفاعلات في تحويل الطاقة (جائزة رقم DE - SC0001293 ) ، واستفاد من الوصول لمركز التحليل المجهري للمواد داخل مختبر أبحاث سيتز فريدريك المواد (FSMRL).
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Poly(acrylic acid) | Polysciences, Inc. | 06519 | m.w. 5,000 g/mol |
| Poly(acrylic acid) | Polysciences, Inc. | 00627 | m.w. 50,000 g/mol |
| Silver nitrate | Sigma-Aldrich | 209139 | Silver source |
| Diethanolamine | Sigma-Aldrich | D8885 | Solvent/Reducing agent |
| Ethylene glycol | Sigma-Aldrich | 102466 | Humectant |
| Sonicater | Fisher Scientific | FS30H | - |
| Centrifuge | Beckman Coulter Inc. | AvantiTM J-25 I | - |
| Robotic stage | Aerotech Inc. | ABL 900010 | 3-axis motion |
| Syringe barrel | EFD Inc. | 5109LBP-B | 3 ml |
| Nozzle | EFD Inc. | - | i.d. = 0.1 - 250 μm |
| Dispenser | EFD Inc. | 800 | Air-powered |
| Design software | Custom Made | - | Mingjie Xu |
I am working R & D department in STI ,in charge of developing the nozzle.
I am looking for a nozzle diameter is less than 20 um.
According to information above that there is the nozzle diameter of EFD 0.1 um ~ 250 um,
But contact EFD for a minimum nozzle diameter is 100 um in diameter are referred to the results.
Has the special custom-made nozzle?
2
ReplyPosted by: Jae Young HeoDecember 13, 2011, 10:24 PM