Name: Druk planarny i trójwymiarowy farb przewodzących (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-12-09T12:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 49 s
Description: Poznaj technikę druku planarny i trójwymiarowy przewodzących mikroelektrod z wykorzystaniem nanocząstek srebra. Metoda ta umożliwia tworzenie samonośnych struktur o rozdzielczości 2–30 mikronów.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Materiał ten powstał w ramach prac wspieranych przez Departament Energii USA, Dywizję Nauk o Materiałach i Inżynierii Materiałowej (Grant nr DEFG-02-07ER46471) oraz DOE Energy Research Center on Light-Materials Interactions in Energy Conversion (Grant nr DE-SC0001293), a także dzięki dostępowi do Center for Microanalysis of Materials w ramach Frederick Seitz Materials Research Laboratory (FSMRL).

1. Wstęp
<ol>
	<li>Niniejsza praca demonstruje jednowymiarowy (1D), dwuwymiarowy (2D) i trójwymiarowy (3D) druk przewodzących mikroelektrod za pomocą montażu metodą zapisu bezpośredniego.</li>
	<li>Montaż metodą zapisu bezpośredniego jest metodą tworzenia struktur drukowanych od 1D do 3D poprzez osadzanie stężonych tuszy za pomocą precyzyjnych dysz.</li>
	<li>Nasz system składa się z komputerowo sterowanego 3-osiowego stołu translacyjnego, zbiornika z tuszem i dyszą oraz obiektywu teleskopowego 10x do obrazowania (Rycina 1).</li>
	<li>Montaż metodą zapisu bezpośredniego to podejście do druku filamentowego, w którym stężone tusze są wytłaczane przez cylindryczne dysze o średnicach od 0,1 do 250 μm (Rycina 2). Co istotne, dzięki wiskoelastycznym właściwościom tuszu, montaż metodą zapisu bezpośredniego umożliwia tworzenie samonośnych elementów wsporczych (Rycina 3). Do tej pory dla tego podejścia do druku opracowano szeroką gamę tuszy, w tym składających się z materiałów ceramicznych6,7, organicznych8-10, metalicznych11-15, polimerowych16,17 oraz sol-gel18,19 (Rycina 4).</li>
</ol>
2. Przygotowanie wysokostężonych tuszy z nanocząsteczkami srebra
<ol>
	<li>Atramenty z nanocząsteczkami srebra przygotowuje się, najpierw rozpuszczając mieszaninę kwasu poliakrylowego o masach cząsteczkowych 5 000 i 50 000 w mieszaninie 50 g wody i 40 g dietanolaminy (Wideo 2.1).</li>
	<li>Polimer pełni rolę czynnika kapselkującego, który kontroluje rozmiar nanocząsteczek srebra.</li>
	<li>Następnie do roztworu polimeru wstrzykuje się wodny roztwór azotanu srebra. Po dodaniu otrzymuje się jasnożółty, przezroczysty roztwór (Wideo 2.2).</li>
	<li>Po mieszaniu przez 24 h w temperaturze pokojowej roztwór nabiera czerwonobrązowej barwy (Wideo 2.3), co pokrywa się z formowaniem nanocząsteczek srebra o średnicy 5 nm, co określono za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej.</li>
	<li>Następnie roztwór poddaje się sonikacji w kąpieli wodnej w temperaturze 65 °C przez 2 h w celu dalszego wzrostu cząstek (Wideo 2.4).</li>
	<li>Po sonikacji roztwór przenosi się do zlewki o pojemności 500 ml i chłodzi do temperatury pokojowej. Następnie miareczkuje się go 300 ml etanolu z szybkością 30 ml / min. Ponieważ etanol jest słabym rozpuszczalnikiem dla kapselkującego kwasu poliakrylowego, cząstki szybko koagulują i wytrącają się z roztworu (Wideo 2.5).</li>
	<li>Po odlaniu naddatku osad przenosi się do probówki wirówkowej i wiruje przy 9000 rpm przez 20 minut (Wideo 2.6).</li>
	<li>Po tym etapie otrzymuje się wysokostężony atrament z nanocząsteczkami srebra o zawartości ciał stałych ~85 wt% (Wideo 2.7).</li>
	<li>Dalszą kontrolę nad lepkością i modułem sprężystości atramentu można osiągnąć poprzez rozcieńczenie, a następnie homogenizację. Na przykład do atramentu można dodać roztwór substancji higroskopijnej, takiej jak glikol etylenowy, a następnie homogenizować go przy 2000 rpm przez 3 minuty za pomocą mieszadła homogenizującego Thinky. Po tym procesie otrzymuje się jednolity atrament o barwie od niebieskawej do purpurowej (Wideo 2.8).</li>
	<li>Obraz TEM przedstawia nanocząsteczki srebra otrzymane za pomocą tej procedury syntezy (Rysunek 5_lewo). Cząstki mają średnią średnicę 20 nm z rozkładem wielkości od 5 do 50 nm. Wydrukowane struktury wymagają wygrzewania w celu zwiększenia ich przewodności. Po wygrzewaniu w temperaturze 250°C przez mniej niż 30 min nanocząsteczki srebra tworzą przewodzące mikroelektrody o oporności właściwej zbliżonej do 10-5 Ω•cm (Rysunek 5_prawy dół). Ewolucja mikrostruktury wydrukowanych srebrnych mikroelektrod w funkcji temperatury wygrzewania jest przedstawiona na Rysunku 5_prawy góra. Wraz ze wzrostem temperatury od 150° do 550°C mikroelektrody ulegają zagęszczeniu z całkowitym skurczem objętościowym wynoszącym ~30%.11</li>
	<li>Reologia atramentu, która silnie zależy od zawartości ciał stałych, determinuje jego nadrukowalność. Lepkość atramentu wzrasta wraz ze wzrostem zawartości ciał stałych (Rysunek 6). Ponieważ rzadkie atramenty o niskiej lepkości powodują znaczne rozlewanie się boczne, do drukowania płaskich i przęsłowych filamentów atramentu wymagane są stężone atramenty o zawartości ciał stałych w zakresie od 70 do 85 wt%.</li>
	<li>Moduł sprężystości atramentu wzrasta wraz ze wzrostem zawartości ciał stałych (Rysunek 7). W liniowym obszarze lepkosprężystym moduł sprężystości wzrasta niemal o trzy rzędy wielkości, gdy zawartość ciał stałych zwiększa się z 60 do 75 wt%. Do wytworzenia struktur samonośnych lub przęsłowych wymagany jest minimalny moduł sprężystości wynoszący 2000 Pa.</li>
</ol>
3. Montaż metodą zapisu bezpośredniego
<ol>
	<li>Montaż metodą zapisu bezpośredniego rozpoczyna się od napełnienia cylindra strzykawki tuszem. Po przymocowaniu dyszy osadniczej, napełniony tuszem cylinder strzykawki zostaje zamontowany na 3-osiowej platformie drukującej (Video 3.1).</li>
	<li>Za pomocą programu komputerowego można łatwo generować dowolne projekty, w tym struktury liniowe, planarne oraz złożone struktury trójwymiarowe (Video 3.2).</li>
	<li>Następnie, przy użyciu obiektywu teleskopowego z 10-krotnym powiększeniem, reguluje się wysokość dyszy (Video 3.3).</li>
	<li>Po przyłożeniu ciśnienia za pomocą pneumatycznego systemu dozowania cieczy, tusz jest nanoszony na podłoże z kontrolowaną prędkością drukowania (Video 3.4). Wymagane ciśnienie zależy od reologii tuszu, średnicy dyszy i prędkości drukowania, jednak typowe wartości mieszczą się w zakresie 10-100 psi przy 20-500 μm/s. Drukowanie odbywa się w powietrzu, w temperaturze pokojowej. Zastosowanie tej procedury demonstruje druk srebrnych mikroelektrod o różnych układach i skalach rozmiarowych.</li>
	<li>Przykładowo, zaprezentowano druk przewodzących srebrnych siatek z odległością między liniami (od środka do środka) wynoszącą 100 μm, wykonany za pomocą dyszy 5 μm na podłożu z wafla krzemowego (Video 3.5).</li>
	<li>Dodatkowo, w tym filmie pokazano, jak stworzyć cylindryczną strukturę o wysokim współczynniku kształtu za pomocą dyszy 30 μm, stosując metodę drukowania warstwa po warstwie (Video 3.6).</li>
	<li>Ponadto, przy użyciu dyszy 30 μm, zademonstrowano wszechkierunkowy druk srebrnych mikroelektrod pomiędzy dwoma podłożami szklanymi przesuniętymi o 1 mm wysokości (Video 3.7).</li>
	<li>Całkowicie wolnostojące, pionowo drukowane srebrne mikrokolce mogą zostać utworzone za pomocą dyszy 30 μm na podłożu z wafla Si (Video 3.8).</li>
	<li>Na koniec, w tym filmie pokazano bezpośredni zapis rozpiętej srebrnej mikroelektrody przy użyciu dyszy 10 μm (Video 3.9). Wydrukowany element może rozpiąć odległości do jednego centymetra przy minimalnym zwisaniu lub wybaczaniu.</li>
</ol>
4. Reprezentatywne wyniki:
Przygotowaliśmy silnie skoncentrowane tusze z nanocząsteczkami srebra i zaprezentowaliśmy wydrukowane elementy przewodzące w motywach planarnych i 3D do zastosowań elektronicznych i optoelektronicznych z rozdzielczością druku ~ 2 - 30 μm. Przykładowo, Rysunek 8 przedstawia rozdzielczość druku tej techniki. Elementy wydrukowane z minimalną szerokością elektrody ~ 2 μm (grubości 1.4 μm) uzyskano w jednym przejściu przy użyciu dyszy 1-μm11.
Rysunek 9 przedstawia przezroczyste przewodzące siatki srebrne, naniesione za pomocą dyszy o średnicy 5 μm na elastyczną folię poliimidową12. Teksty znajdujące się pod wydrukowanymi siatkami są wyraźnie widoczne. Te przezroczyste siatki srebrne mogą stanowić atrakcyjną alternatywę dla materiałów z przezroczystych tlenków przewodzących (TCO).
Metoda ta umożliwia również drukowanie konformalne na podłożach niepłaskich. Rycina 10 przedstawia konformalny druk trójwymiarowej anteny elektrycznie małej. Do drukowania wzorów w formie linii meandrowych na powierzchni szklanej półsfery użyto dyszy metalowej o średnicy 100 μm13. Podejście to może znaleźć wiele zastosowań, w tym w przypadku anten implantowalnych i ubieralnych, elektroniki oraz czujników.
Przedstawiono zastosowania rozpiętych srebrnych mikroelektrod w trójwymiarowych ogniwach fotowoltaicznych oraz diodach elektroluminescencyjnych (Rysunek 11-14).
Najpierw, Rycina 11 przedstawia przykład krzemowej powłoki sferycznej. Ta cienka warstwa o grubości 2-μm może zostać połączona za pomocą połączeń drutowych z obwodem zewnętrznym poprzez druk wszechkierunkowy14. Metoda ta wykorzystuje minimalny nacisk stykowy, co jest wysoce korzystne w przypadku delikatnych urządzeń.
Następnie, Rysunek 12 przedstawia przykład drukowania łącznika rozpiętościowego dla macierzy krzemowych mikrokomórek słonecznych, w której elementy w postaci krzemowych mikrowstążek są oddzielone przerwą o szerokości 33-μm15.
Następnie, Rysunek 13 przedstawia srebrne połączenia dla macierzy LED opartej na arsenku galu z 4x4 pikselami, gdzie każdy piksel (500 x 500 x 2.5 μm3) jest oddalony od siebie o 200 μm11. Dolny obraz przedstawia macierz LED emitującą jednorodne czerwone światło przy przyłożonym napięciu polaryzującym 6 V z pojedynczego piksela. Możliwość drukowania elektrod rozpiętych pozwala na wielowarstwowe połączenia bez użycia warstw wspierających lub poświęcalnych (górne obrazy).
W ramach końcowej demonstracji Rysunek 14 przedstawia obrazy SEM dla złożonej 3D mikroperiodycznej sieci srebrnej wydrukowanej za pomocą dyszy 5μm.
<img alt="Układ mikroskopii optycznej, 3-osiowy stół przesuwny, zasilanie powietrzem do precyzyjnej analizy materiałowej." src="/files/ftp_upload/3189/3189fig1.jpg" data-altupdatedat="1754907495000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1. Obraz optyczny aparatury do bezpośredniego drukowania tuszem.
<img alt="Schemat procesu druku 3D; dysza ekstrudująca filament do analizy wytwarzania warstwowego." src="/files/ftp_upload/3189/3189fig2.jpg" data-altupdatedat="1754907495000" data-alt="Rycina 2"> 
Rycina 2. Bezpośrednie nanoszenie atramentu w formie struktury filamentowej.
<img alt="Schemat procesu druku 3D z dyszą, elementami wspornikowymi, powietrzem i tuszem, wskazujący na wytwarzanie przyrostowe." src="/files/ftp_upload/3189/3189fig3.jpg" data-altupdatedat="1754907495000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rysunek 3. Bezpośredni druk tuszem samonośnych elementów wspornikowych.
<img alt="Tusz Ceramiczny, organiczny, metaliczny, polimerowy, sol-gel; porównanie rozmiaru cech; mikroskopia, druk 3D." src="/files/ftp_upload/3189/3189fig4.jpg" data-altupdatedat="1754907495000" data-alt="Rysunek 4"> 
Rysunek 4. Projektowanie tuszów do bezpośredniego druku tuszem (direct ink writing). Opracowano szeroką gamę stężonych tuszów wiskoelastycznych do bezpośredniego drukowania płaskich i złożonych struktur 3D z elementami w skali mikro.
<img alt="Mikrostruktura nanocząsteczek TEM, wykres wpływu wyżarzania, rezystywność w funkcji czasu, analiza termiczna." src="/files/ftp_upload/3189/3189fig5.jpg" data-altupdatedat="1754907495000" data-alt="Rycina 5"> 
Rycina 5. (Po lewej) Obraz z transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM) nanocząsteczek srebra. (W prawym górnym rogu) Obrazy SEM mikroelektrod srebrowych uformowanych dyszą o średnicy 15-μm w funkcji temperatury wyżarzania. (W prawym dolnym rogu) Rezystywność elektryczna mikroelektrod srebrowych w funkcji temperatury i czasu wyżarzania.
<img alt="Wykres lepkości tuszu w funkcji zawartości srebra przedstawiający parametry druku 3D i rozprzestrzenianie boczne." src="/files/ftp_upload/3189/3189fig6.jpg" data-altupdatedat="1754907495000" data-alt="Rycina 6"> 
Rycina 6. Lepkość pozorna (η) tuszów z nanocząsteczkami srebra w funkcji zawartości fazy stałej.
<img alt="Wykres modułu sprężystości w funkcji naprężenia ścinającego; analiza procentowej zawartości masy materiału; badanie właściwości reologicznych." src="/files/ftp_upload/3189/3189fig7.jpg" data-altupdatedat="1754907495000" data-alt="Rysunek 7"> 
Rysunek 7. Moduł sprężystości ścinania (G') w funkcji naprężenia ścinającego dla tuszów z nanocząsteczkami srebra o różnym stopniu wypełnienia fazą stałą.
<img alt="Obraz SEM nanostrukturalnego wzoru kratki; morfologia powierzchni, analiza materiałowa, skala 50 µm." src="/files/ftp_upload/3189/3189fig8.jpg" data-altupdatedat="1754907495000" data-alt="Rysunek 8"> 
Rysunek 8. Obrazy SEM planarnych macierzy srebrnych mikroelektrod naniesionych na podłoże krzemowe (Si) przy użyciu dyszy o średnicy 1-μm.
<img alt="Elastyczny obwód elektroniczny, obraz mikroskopowy, skala siatki pokazująca mikrostrukturę, skale 3mm i 400μm." src="/files/ftp_upload/3189/3189fig9.jpg" data-altupdatedat="1754907495000" data-alt="Rysunek 9"> 
Rysunek 9. Obraz optyczny przezroczystych przewodzących siatek srebrowych (po lewej) oraz obrazy SEM siatek wydrukowanych w zależności od skoku linii (po prawej).
<img alt="Proces druku 3D; schemat dyszy z wydrukowanymi srebrnymi liniami meandrowymi; osadzanie atramentu przewodzącego." src="/files/ftp_upload/3189/3189fig10.jpg" data-altupdatedat="1754907495000" data-alt="Rycina 10"> 
Rycina 10. Obraz optyczny zarejestrowany podczas druku konformalnego anten elektrycznie małych na półsferycznym podłożu szklanym.
<img alt="Przecinająca mikroelektroda Ag z dyszą w układzie nanofabrykacyjnym; obraz mikroskopowy; skala 100μm." src="/files/ftp_upload/3189/3189fig11.jpg" data-altupdatedat="1754907495000" data-alt="Rysunek 11"> 
Rysunek 11. Obraz optyczny uzyskany podczas drukowania przecinających mikroelektrod srebrnych na cienkiej (2-μm) sferycznej powłoce krzemowej.
<img alt="Diagram SEM krzemowych mikroogniw słonecznych z obejmującą mikroelektrodą Ag, skala 25 μm." src="/files/ftp_upload/3189/3189fig12.jpg" data-altupdatedat="1754907495000" data-alt="Rysunek 12"> 
Rysunek 12. Obraz SEM obejmującej srebrnej mikroelektrody nadrukowanej na matrycy krzemowych mikroogniw słonecznych.
<img alt="Emisja Micro-LED, srebrne mikroelektrody połączeniowe; wzbudzenie optyczne, obraz mikroskopowy." src="/files/ftp_upload/3189/3189fig13.jpg" data-altupdatedat="1754907495000" data-alt="Rycina 13"> 
Rycina 13. Obrazy SEM (góra) i obraz optyczny (dół) macierzy chipów LED 4x4 połączonych srebrnymi mikroelektrodami.
<img alt="Mikrografia SEM struktury mikrokraty drukowanej w 3D; powiększony wstawka pokazuje szczegółowy układ włókien." src="/files/ftp_upload/3189/3189fig14.jpg" data-altupdatedat="1754907495000" data-alt="Rycina 14"> 
Rycina 14. Obraz SEM mikroperiodycznej srebrnej kraty 3D.

<ol><li>Chrisey, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+power+of+direct+writing%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">The power of direct writing.</a> Science. 289, 879-881 (2000).</li>
<li>Sirringhaus, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+inkjet+printing+of+all-polymer+transistor+circuits%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">High-resolution inkjet printing of all-polymer transistor circuits.</a> Science. 290, 2123-2126 (2000).</li>
<li>Kim, R. -W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Waterproof+AllnGaP+optoelectronics+on+stretchable+substrates+with+applications+in+biomedicine+and+robotics%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Waterproof AllnGaP optoelectronics on stretchable substrates with applications in biomedicine and robotics.</a> Nat. Mater. 9, 929-937 (2010).</li>
<li>Lewis, J. A., Gratson, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+writing+in+three+dimensions%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Today%22%5BJournal%5D)">Direct writing in three dimensions.</a> Mater. Today. 7, 32-39 (2004).</li>
<li>Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+ink+writing+of+3D+functional+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Funct.+Mater%22%5BJournal%5D)">Direct ink writing of 3D functional materials.</a> Adv. Funct. Mater. 16, 2193-2204 (2006).</li>
<li>Lewis, J. A., Smay, J. E., Stuecker, J., Cesarano, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+ink+writing+of+three-dimensional+ceramic+structures%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Ceram.+Soc%22%5BJournal%5D)">Direct ink writing of three-dimensional ceramic structures.</a> J. Am. Ceram. Soc. 89, 3599-3609 (2006).</li>
<li>Smay, J. E., Gratson, G. M., Shepherd, R. F., Sesarano, J., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Directed+colloidal+assembly+of+3D+periodic+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Directed colloidal assembly of 3D periodic structures.</a> Adv. Mater. 14, 1279-1283 (2002).</li>
<li>Therriault, D., White, S. R., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chaotic+mixing+in+three-dimensional+microvascular+networks+fabricated+by+direct-write+assembly%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Chaotic mixing in three-dimensional microvascular networks fabricated by direct-write assembly.</a> Nat. Mater. 2, 265-271 (2003).</li>
<li>Hansen, C. J., Wu, W., Toohey, K. S., Sottos, N. R., White, S. R., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-healing+materials+with+interpenetrating+microvascular+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Self-healing materials with interpenetrating microvascular networks.</a> Adv. Mater. 21, 4143-4147 (2009).</li>
<li>Therriault, D., Shepherd, R. F., White, S. R., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fugitive+ink+for+direct-write+assembly+of+three-dimensional+microvascular+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Fugitive ink for direct-write assembly of three-dimensional microvascular networks.</a> Adv. Mater. 17, 395-399 (2005).</li>
<li>Ahn, B. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Omnidirectional+printing+of+flexible%2C+stretchable%2C+and+spanning+silver+microelectrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Omnidirectional printing of flexible, stretchable, and spanning silver microelectrodes.</a> Science. 323, 1590-1593 (2009).</li>
<li>Ahn, B. Y., Lorang, D. J., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transparent+conductive+grids+via+direct+writing+of+silver+nanoparticle+inks%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Transparent conductive grids via direct writing of silver nanoparticle inks.</a> Nanoscale. 3, 2700-2702 (2011).</li>
<li>Adams, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conformal+printing+of+electrically+small+antennas+on+three-dimensional+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Conformal printing of electrically small antennas on three-dimensional surfaces.</a> Adv. Mater. 23, 1335-1340 (2011).</li>
<li>Guo, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-+and+three-dimensional+folding+of+thin+film+single-crystalline+silicon+for+photovoltaic+power+applications%5BTitle%5D)+AND+%22PNAS%22%5BJournal%5D)">Two- and three-dimensional folding of thin film single-crystalline silicon for photovoltaic power applications.</a> PNAS. 106, 20149-20154 (2009).</li>
<li>Yoon, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrathin+silicon+solar+microcells+for+semitransparent%2C+mechanically+flexible+and+microconcentrator+module+designs%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Ultrathin silicon solar microcells for semitransparent, mechanically flexible and microconcentrator module designs.</a> Nat. Mater. 7, 907-915 (2008).</li>
<li>Gratson, G. M., Xu, M., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+writing+of+three-dimensional+webs%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Direct writing of three-dimensional webs.</a> Nature. 428, 386-386 (2004).</li>
<li>Lebel, L. L., Aissa, B., Khakani, M. A. E., Therriault, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultraviolet-assisted+direct-write+fabrication+of+carbon+nanotube%2Fpolymer+nanocomposite+microcoils%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Ultraviolet-assisted direct-write fabrication of carbon nanotube/polymer nanocomposite microcoils.</a> Adv. Mater. 22, 592-596 (2010).</li>
<li>Ahn, B. Y., Lorang, D. J., Duoss, E. B., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct-write+assembly+of+microperiodic+planar+and+spanning+ITO+microelectrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Commun%22%5BJournal%5D)">Direct-write assembly of microperiodic planar and spanning ITO microelectrodes.</a> Chem. Commun. 46, 7118-7120 (2010).</li>
<li>Duoss, E. B., Twardowski, M., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sol-gel+inks+for+direct-write+assembly+of+functional+oxides%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Sol-gel inks for direct-write assembly of functional oxides.</a> Adv. Mater. 19, 3485-3489 (2007).</li>
<li>Salaita, K., Wang, Y. H., Mirkin, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+dip-pen+nanotechnology%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Nanotech%22%5BJournal%5D)">Application of dip-pen nanotechnology.</a> Nat. Nanotech. 2, 145-155 (2007).</li>
<li>Zhang, H., Lee, K. -B., Li, Z., Mirkin, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biofunctionalized+nanoarrays+of+inorganic+structures+prepared+by+dip-pen+nanolithography%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Biofunctionalized nanoarrays of inorganic structures prepared by dip-pen nanolithography.</a> Nanotechnology. 14, 1113-1117 (2003).</li>
<li>Hung, S. -C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dip-pen+nanolithography+of+conductive+silver+traces%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+C%22%5BJournal%5D)">Dip-pen nanolithography of conductive silver traces.</a> J. Phys. Chem. C. 114, 9672-9677 (2010).</li>
<li>Park, J. -U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+electrohydrodynamic+jet+printing%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">High-resolution electrohydrodynamic jet printing.</a> Nat. Mater. 6, 782-789 (2007).</li>
<li>Schirmer, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+ejecting+colloids+against+capillarity+from+sub-micrometer+openings%3A+On-demand+dielectrophoretic+nanoprinting%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">On ejecting colloids against capillarity from sub-micrometer openings: On-demand dielectrophoretic nanoprinting.</a> Adv. Mater. 22, 4701-4705 (2010).</li>
<li>Park, J. -U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((electrofield+liquid+jets+for+high-resolution+printing+of+charge%5BTitle%5D)+AND+%22Nano.+Lett%22%5BJournal%5D)">electrofield liquid jets for high-resolution printing of charge.</a> Nano. Lett. 10, 584-591 (2010).</li>
<li>Ghosh, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct-write+assembly+of+micro-periodic+silk+fibroin+scaffolds+for+tissue+engineering+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Funct.+Mater%22%5BJournal%5D)">Direct-write assembly of micro-periodic silk fibroin scaffolds for tissue engineering applications.</a> Adv. Funct. Mater. 18, 1883-1889 (2008).</li>
<li>Barry, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct-write+assembly+of+3D+hydrogel+scaffolds+for+guided+cell+growth%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Direct-write assembly of 3D hydrogel scaffolds for guided cell growth.</a> Adv. Mater. 21, 2407-2410 (2009).</li>
<li>Shepherd, J. N. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+microperiodic+hydrogel+scaffolds+for+robust+neuronal+cultures%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">3D microperiodic hydrogel scaffolds for robust neuronal cultures.</a> Adv. Mater. 21, 47-54 (2011).</li>
<li>Wu, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct-write+assembly+of+biomimetic+microvascular+networks+for+efficient+fluid+transport%5BTitle%5D)+AND+%22Soft.+Matter%22%5BJournal%5D)">Direct-write assembly of biomimetic microvascular networks for efficient fluid transport.</a> Soft. Matter. 6, 739-742 (2010).</li>
<li>Wu, W., DeConinck, A., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Omnidirectional+Printing+of+3D+Microvascular+Networks%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Omnidirectional Printing of 3D Microvascular Networks.</a> Adv. Mater. 23, H178-H183 (2011).</li>
</ol>

Nie zgłoszono konfliktów interesów.

Konwencjonalne metody drukowania kropelkowego, takie jak druk atramentowy, ograniczają się do wytwarzania płaskich elektrod o niskim stosunku wysokości do szerokości ze względu na rozcieńczony charakter i niską lepkość stosowanych tuszy. Niedawno do tworzenia wzorów elementów przewodzących wykorzystano nanolitografię dip-pen (DPN)20-22 oraz druk e-jet23-25. Metody te również wykorzystują rozcieńczone tusze o niskiej lepkości. Pearton i współpracownicy wykorzystali DPN do osadzania komercyjnie dostępnego tuszu z nanocząsteczek srebra przy prędkościach pisania do 1600 μm s-1 i szerokościach linii około 0,5 μm22. Jednak w przypadku tego podejścia nie wykazano jeszcze możliwości wytwarzania powtarzalnych wzorów na dużych powierzchniach. Tusze z nanocząsteczek srebra były również osadzane za pomocą druku e-jet w celu utworzenia ścieżek przewodzących o szerokości linii ~ 1,5 μm25. Jednak podobnie jak w druku atramentowym, mogą powstawać niejednorodne elementy drukowane z powodu tworzenia się kropel satelitarnych i nierównomiernego schnięcia kropel24,25.
Jak wykazano powyżej, bezpośredni zapis (direct-write assembly) stężonych tuszów z nanocząsteczkami srebra pozwala pokonać te ograniczenia dzięki podejściu drukowania opartemu na tworzeniu filamentów. Technika ta umożliwia wytwarzanie przewodzących mikroelektrod o wysokim stosunku wysokości do szerokości (h/w ≈ 1,0) w jednym przebiegu, co pozwala na tworzenie architektur 1D, 2D i 3D. Rozmiar wydrukowanych elementów zależy od średnicy dyszy, zawartości części stałych w tuszu, przyłożonego ciśnienia oraz prędkości drukowania. Do tej pory za pomocą dyszy o średnicy 1 μm przy umiarkowanych prędkościach (&lt; 2 mm s-1) uformowano ścieżki przewodzące o szerokości wynoszącej ok. 2 μm. Poprzez optymalizację składu tuszu i geometrii dyszy możliwe jest osiągnięcie maksymalnych prędkości drukowania przekraczających 10 cm s-1. Niemniej jednak, szybkie drukowanie z użyciem dysz o małej średnicy (&lt; 5 μm) wciąż stanowi istotne wyzwanie.
Aby zademonstrować zastosowania montażu metodą zapisu bezpośredniego (direct-write assembly), wykonaliśmy przewodzące siatki, anteny elektrycznie małe, ogniwa słoneczne oraz diody emitujące światło z płaskimi i rozpiętymi drukowanymi elektrodami (Rycina 8-14). Co istotne, nasze podejście nie ogranicza się do tworzenia struktur metalicznych. Wykorzystując inne rodzaje tuszy, takie jak te oparte na fibroinie jedwabiu, hydrożelu i ulotnych tuszach organicznych, skonstruowaliśmy za pomocą montażu metodą zapisu bezpośredniego rusztowania 3D oraz sieci mikronaczyniowe do inżynierii tkankowej i hodowli komórkowych26-30.
Patrząc w przyszłość, dostrzegamy wiele możliwości i wyzwań. Dalsze postępy wymagają opracowania nowych projektów tuszy, lepszego modelowania dynamiki przepływu tuszu oraz ulepszonych systemów robotycznych i sterowania. Znacznym wyzwaniem pozostaje wielkopowierzchniowa fabrykacja struktur 1D do 3D przy wysokiej przepustowości i rozdzielczości nanometrycznej (&lt; 100 nm).

<table><tbody><tr><td>Kwas poliakrylowy</td><td>Polysciences, Inc.</td><td>06519</td><td>m.w. 5,000 g/mol</td></tr><tr><td>Kwas poliakrylowy</td><td>Polysciences, Inc.</td><td>00627</td><td>m.w. 50,000 g/mol</td></tr><tr><td>Azotan srebra</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>209139</td><td>Źródło srebra</td></tr><tr><td>Dietanolamina</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D8885</td><td>Rozpuszczalnik/reduktor</td></tr><tr><td>Glikol etylenowy</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>102466</td><td>Humektant</td></tr><tr><td>Sonikator</td><td>Fisher Scientific</td><td>FS30H</td><td>-</td></tr><tr><td>Wirówka</td><td>Beckman Coulter Inc.</td><td>Avanti&lt;sup&gt;TM&lt;/sup&gt; J-25 I</td><td>-</td></tr><tr><td>Stolik robotyczny</td><td>Aerotech Inc.</td><td>ABL 900010</td><td>Ruch w 3 osiach</td></tr><tr><td>Tuleja strzykawki</td><td>EFD Inc.</td><td>5109LBP-B</td><td>3 ml</td></tr><tr><td>Dysza</td><td>EFD Inc.</td><td>-</td><td>i.d. = 0.1 - 250 &amp;#x03BC;m</td></tr><tr><td>Dozownik</td><td>EFD Inc.</td><td>800</td><td>Napędzany pneumatycznie</td></tr><tr><td>Oprogramowanie projektowe</td><td>Własne wykonanie</td><td>-</td><td>Mingjie Xu</td></tr></tbody></table>

planarny i trójwymiarowy druk atramentów przewodzących

Planar and Three-Dimensional Printing of Conductive Inks

Elektronika drukowana opiera się na niskokosztowych metodach wytwarzania na dużych powierzchniach w celu tworzenia elastycznych lub wielowymiarowych urządzeń elektronicznych, optoelektronicznych i biomedycznych1-3. W niniejszej pracy skupiamy się na jednowymiarowym (1D), dwuwymiarowym (2D) i trójwymiarowym (3D) druku przewodzących tuszy metalicznych w formie elastycznych, rozciągliwych i rozpiętych mikroelektrod.
Montaż metodą zapisu bezpośredniego (direct-write assembly)4,5 to technika druku 1- do 3D, która umożliwia wytwarzanie elementów o różnej skali – od prostych linii po złożone struktury – poprzez osadzanie stężonych tuszy przez precyzyjne dysze (~0,1 - 250 μm). Ta metoda druku składa się z komputerowo sterowanego trójosiowego stołu przesuwnego, zbiornika z tuszem i dyszą oraz obiektywu teleskopowego 10x do wizualizacji. W przeciwieństwie do druku atramentowego, który jest procesem opartym na kropelkach, montaż metodą zapisu bezpośredniego polega na ekstruzji włókien tuszu w płaszczyźnie lub poza nią. Wydrukowane włókna zazwyczaj odpowiadają rozmiarowi dyszy. Dzięki temu można formować elementy w skali mikro (&lt; 1 μm) i składać je w większe macierze oraz architektury wielowymiarowe.
W niniejszej pracy w pierwszej kolejności syntetyzujemy wysoko skoncentrowany tusz z nanocząsteczek srebra do druku planarnego i 3D za pomocą montażu metodą zapisu bezpośredniego. Następnie zaprezentowano standardowy protokół drukowania mikroelektrod w motywach wielowymiarowych. Na koniec podkreślono zastosowania wydrukowanych mikroelektrod w elektrycznie małych antenach, ogniwach słonecznych i diodach elektroluminescencyjnych.

Opisano płaski oraz trójwymiarowy druk z użyciem przewodzących tuszy metalicznych. Nasze podejście otwiera nowe możliwości wytwarzania drukowanych urządzeń elektronicznych, optoelektronicznych i biomedycznych o nietypowych układach w skali mikro.

Planarny i trójwymiarowy druk atramentów przewodzących

Elektronika drukowana opiera się na niskokosztowych metodach wytwarzania na dużych powierzchniach w celu tworzenia elastycznych lub wielowymiarowych urządzeń elektronicznych, optoelektronicznych i biomedycznych ...

Celem niniejszego eksperymentu jest zademonstrowanie płaskiego i trójwymiarowego drukowania przewodzących mikroelektrod za pomocą bezpośredniego montażu pisania (direct write assembly). Bezpośredni montaż pisania jest techniką osadzania, która składa się z komputerowo sterowanego trójosiowego stołu translacyjnego, tuszu, dyszy oraz zasilania powietrzem. W tej metodzie drukowania wysoko skoncentrowane tusze są wytłaczane przez cienką cylindryczną dyszę, której średnice wynoszą od 0,1 do 250 mikronów, co wynika z wiskoelastycznych właściwości tuszu.Bezpośredni montaż w prawo umożliwia tworzenie samonośnych elementów przęsłowych. Do tej pory dla tego podejścia do druku opracowano szeroką gamę tuszy, w tym tych składających się z materiałów ceramicznych, organicznych polimerów metalicznych oraz soli-żeli. Główną zaletą tej techniki w stosunku do istniejących metod jest szybsze bezpośrednie montowanie złożonych struktur uwalniających. Chociaż metoda ta dostarcza wiedzy na temat tuszy przewodzących do zastosowań w elektronice i optoelektronice, może być ona również stosowana w innych systemach materiałowych, które mogłyby zostać wykorzystane do tworzenia rusztowań biomedycznych i czujników.Wizualizacja tej procedury jest kluczowa, ponieważ wiedza z zakresu radiologii atramentowej i druku miała silny wpływ na jakość wydrukowanych struktur; procedurę tę demonstruje bhan, pracownik w trybie postdoc, oraz Annalisa Russo, doktorantka z mojego laboratorium. Atramenty z nanocząsteczek srebra przygotowuje się, rozpuszczając najpierw mieszaninę kwasu akrylowego o masach cząsteczkowych 5 000 i 50 000 w mieszaninie wody i dietanolaminy. Polimer pełni rolę środka stabilizującego (capping agent), aby kontrolować rozmiar nanocząsteczek srebra. Następnie do roztworu polimeru wstrzykuje się wodny roztwór azotanu srebra.Mieszanina stanie się przezroczysta i jasnocżółta; należy kontynuować mieszanie przez 24 godziny w temperaturze pokojowej. Po mieszaniu roztwór nabierze czerwono-brązowego koloru. Jest to spowodowane powstaniem nanocząsteczek srebra o średnicy pięciu nanometrów, co można potwierdzić za pomocą TEM, aby dalej badać wzrost cząstek.Poddaj roztwór sonikacji w kąpieli wodnej o temperaturze 65 °C przez dwie godziny. Po sonikacji przelej roztwór do zlewki o pojemności 500 ml, aby ochłodzić go do temperatury pokojowej. Po ochłodzeniu wlej do roztworu 300 ml etanolu. Ponieważ etanol jest słabym rozpuszczalnikiem dla środków kapsułkujących, cząsteczki szybko koagulują i wytrącają się. Następnie odlej nadsącz i zbierz osad do probówki wirówkowej. Odwiruj osad przy 9 000 RPM przez 20 minut.Wynikiem będzie silnie skoncentrowany tusz z nanocząsteczkami srebra o zawartości substancji stałych wynoszącej około 85% masy. Aby uzyskać dalszą kontrolę nad lepkością i modułem sprężystości tuszu, należy rozcieńczyć go w roztworze humektanta, takim jak glikol etylenowy, a następnie homogenizować roztwór przy 2000 RPM przez trzy minuty, używając mieszadła homogenizującego Thinky. Ten proces rozcieńczania i homogenizacji pozwala na otrzymanie jednorodnego tuszu o barwie od niebieskawej do purpurowej.Obraz TEM przedstawia nanocząsteczki srebra otrzymane za pomocą tej procedury syntezy. Cząsteczki mają średnicę średnią 20 nanometrów z rozkładem wielkości od pięciu do 15 nanometrów. Wydrukowane struktury wymagają wyżarzania w celu zwiększenia ich przewodnictwa.Po wyżarzaniu w temperaturze 250 °C przez mniej niż 30 minut, nanocząsteczki srebra tworzą przewodzące mikroelektrody o rezystywności elektrycznej zbliżonej do 10⁻⁵ Ω·cm. Ewolucja mikrostruktury wydrukowanych srebrnych mikroelektrod w funkcji temperatury wyżarzania jest mierzona za pomocą SEM. Wraz ze wzrostem temperatury od 150 °C do 550 °C, mikroelektrody ulegają zagęszczeniu z całkowitym skurczem objętościowym wynoszącym około 30%. Reologia tuszu, która silnie zależy od zawartości fazy stałej, determinuje jego nadawalność.Lepkość tuszu wzrasta wraz ze zwiększeniem zawartości fazy stałej, ponieważ rozcieńczanie tuszami o niskiej lepkości prowadzi do znacznego rozprzestrzeniania się bocznego stężonych tuszów. Do drukowania płaskich i przęsłowych włókien tuszu wymagana jest zawartość fazy stałej w zakresie od 70 do 85% wagowych. Moduł sprężystości tuszu wzrasta wraz ze zwiększeniem zawartości fazy stałej w liniowym obszarze lepkosprężystym.Moduł sprężystości wzrasta niemal o trzy rzędy wielkości wraz ze zwiększeniem zawartości ciał stałych z 60 do 75% wagowych. Do wytworzenia struktur samonośnych lub zwisających wymagany jest minimalny moduł sprężystości wynoszący 2000 pascals.Aby rozpocząć bezpośredni montaż, należy wprowadzić tusz do cylindra strzykawki. Po zamocowaniu dyszy osadzającej, przymocuj załadowany tuszem cylinder strzykawki do trójosiowej platformy drukującej. Użyj programu komputerowego do wygenerowania interesującego projektu, którym może być liniowa struktura płaska lub złożona struktura trójwymiarowa.Następnie wysokość dyszy jest regulowana za pomocą soczewki teleskopowej z 10-krotnym powiększeniem. Po przyłożeniu ciśnienia za pomocą pneumatycznego systemu dozowania cieczy, nanosi się tusz na podłoże w temperaturze pokojowej, stosując kontrolowaną prędkość drukowania i ciśnienie. Zmienne te zależą od tuszu, reologii, średnicy dyszy oraz prędkości drukowania.Dysza o średnicy 5 µm umożliwia druk przewodzących srebrnych siatek z rozstawem linii od środka do środka wynoszącym 100 µm na podłożu z płytki krzemowej. Zastosowanie dyszy o średnicy 30 µm oraz druku warstwa po warstwie pozwala na stworzenie cylindrycznej struktury o wysokim stosunku wysokości do szerokości. Omnidirekcjonalny druk srebrnych mikroelektrod pomiędzy dwoma podłożami szklanymi jest możliwy przy użyciu dyszy o średnicy 30 µm.Podłoża szklane są przesunięte o jeden milimetr; kompletne, wolnostojące, drukowane pionowo srebrne mikrokolce można stworzyć przy użyciu dyszy o średnicy 30 mikronów na podłożu z wafla krzemowego. Możliwy jest również bezpośredni zapis rozpiętych srebrnych mikroelektrod przy użyciu dyszy o średnicy 10 mikronów. Wydrukowany element może rozpiąć odległości do jednego centymetra przy minimalnym opadaniu lub wyboczeniu.Wysoce stężony tusz z nanocząsteczkami srebra został wydrukowany w formie przewodzących elementów w motywach płaskich i 3D do zastosowań elektronicznych i optoelektronicznych. Rozdzielczość druku wynosiła od 2 do 30 mikronów. Przy użyciu dyszy o rozmiarze 1 mikrona oraz wzorca dyszy 5 mikronów, w jednym przebiegu uzyskano minimalną szerokość elektrody wynoszącą około 2 mikronów oraz grubość 1,4 mikrona.Przezroczyste przewodzące siatki srebrowe na elastycznej folii poliamidowej. Tekst znajdujący się pod siatką pozostał wyraźnie widoczny. Metaliczne siatki te mogą służyć jako wysokoprzewodzące alternatywy dla materiałów z tlenków przewodzących światło.Konforemny druk trójwymiarowej anteny elektrycznie małej był możliwy dzięki zastosowaniu metalowej dyszy o średnicy 100 mikronów w układzie meandrowym. Wzory linii zostały wydrukowane na powierzchni szklanej półsfery. Podejście to może znaleźć wiele zastosowań, w tym w antenach implantowalnych i ubieralnych, elektronice oraz czujnikach; możliwe są również zastosowania obejmujące srebrne mikroelektrody rozpięte w trójwymiarowych ogniwach fotowoltaicznych i diodach emitujących światło.Cienka sferyczna powłoka krzemowa o grubości dwóch mikronów została połączona za pomocą wiązków drutu z obwodem zewnętrznym wykonanym techniką druku wszechkierunkowego. Metoda ta wykorzystuje minimalny nacisk stykowy, co jest wysoce korzystne w przypadku delikatnych urządzeń. Wydrukowano również mostek łączący dla macierzy mikroogniw słonecznych z krzemu, w której elementy w postaci krzemowych mikrowstążek są oddzielone przerwą o szerokości 33 mikronów.Wydrukowano srebrne połączenia dla macierzy LED o rozmiarze czterech na cztery piksele, opartej na arsenku galu. Macierz LED emitowała jednorodne czerwone światło przy przyłożonym napięciu polaryzującym wynoszącym sześć woltów z pojedynczego piksela. Zdolność do drukowania elektrod rozpiętościowych umożliwiła wielowarstwowe połączenie bez użycia warstw wspierających lub poświęcalnych.W ramach końcowej demonstracji, za pomocą dyszy o średnicy pięciu mikronów, wydrukowano złożoną 3D mikroperiodyczną kratownicę srebrną, stosując sekwencyjny druk warstwowy. Po opanowaniu tej techniki, prawidłowe wykonanie procesu zajmuje zaledwie kilka godzin. Stosując tę procedurę, zaprezentowaliśmy syntezę tuszu oraz druk struktur od 1D do 3D, a także zastosowania obejmujące drukowane elektrody dla urządzeń elektronicznych i optoelektronicznych.Obecne prace w naszym laboratorium koncentrują się na rozszerzeniu tego podejścia na zastosowania biomedyczne z wykorzystaniem biotuszów. Drukujemy trójwymiarowe rusztowania oraz sieci mikronaczyniowe do inżynierii tkankowej i hodowli komórkowych. Mamy nadzieję, że po obejrzeniu tego filmu lepiej rozumieją Państwo naszą technikę bezpośredniego montażu.

planar-and-three-dimensional-printing-of-conductive-inks

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Druk planarny i trójwymiarowy farb przewodzących

Opis metod wykorzystanych do przekształcenia drukarki HP DeskJet 500 w biodrukarkę. Drukarka jest zdolna do przetwarzania żywych komórek, co powoduje powstanie przejściowych porów w błonie. Pory te mogą być wykorzystane do wprowadzania małych cząsteczek, w tym fluorescencyjnej G-aktyny, do wydrukowanych komórek.

Tworzenie przejściowych porów w błonie komórkowej przy użyciu standardowej drukarki atramentowej

Metody opisane w tym artykule pokazują, jak przekształcić komercyjną drukarkę atramentową w biodrukarkę z jednoczesną polimeryzacją UV. Drukarka jest w stanie konstruować strukturę tkankową 3D z komórek i biomateriałów. Badanie, które wykazało, że tutaj skonstruowano chrząstkę nową 3D.

Wytwarzanie tkanki chrzęstnej ludzkiej przy użyciu technologii trójwymiarowego druku atramentowego

Ten artykuł przedstawia strategię mikroprodukcji 3D addytywnej (określanej jako 'mikromurarstwo') do elastycznego wytwarzania struktur i urządzeń systemów mikroelektromechanicznych (MEMS). Podejście to obejmuje montaż materiałów w mikro i nanoskali w oparciu o druk transferowy w połączeniu z technikami szybkiego łączenia materiałów z wykorzystaniem wyżarzania termicznego.

Mikromurarstwo do mikroprodukcji addytywnej 3D

A kartezjańska biodrukarka została zaprojektowana i wyprodukowana, aby umożliwić osadzanie wielu materiałów w precyzyjnych, powtarzalnych geometriach, jednocześnie umożliwiając kontrolę czynników środowiskowych. Korzystając z trójwymiarowej biodrukarki, można drukować i łatwo odtwarzać złożone i żywotne konstrukcje.

Żywotność biodrukowanych konstruktów komórkowych przy użyciu drukarki kartezjańskiej z trzema dozownikami

Ten artykuł bada przydatność druku atramentowego do produkcji barwnikowych ogniw słonecznych. Opracowano niezawierający spoiwa atrament nanocząsteczkowy TiO2 i wydrukowano go na podłożu szklanym FTO. Zadrukowana warstwa została wyprodukowana w komórce o powierzchni czynnej 0,25cm2 i wydajności 3,5%.

Druk cyfrowy dwutlenku tytanu do ogniw słonecznych uczulonych na barwnik

Ten protokół opisuje metodologię biodruku przy użyciu zautomatyzowanego zrobotyzowanego systemu deponowania, który łączy wytrawione wskazówki topograficzne z precyzyjnym osadzaniem biotuszu z hydrożelu na komórce. Wydrukowane komórki są dostarczane bezpośrednio do wytrawionych elementów i są w stanie je wyczuć i zorientować się w sytuacji.

Zautomatyzowana zrobotyzowana technika dozowania do prowadzenia powierzchni i biodruku komórek

Tutaj prezentujemy protokół do tworzenia wzorów przewodzących o wysokiej rozdzielczości za pomocą elektrohydrodynamicznego (EHD) druku strumieniowego. Protokół obejmuje dwa tryby druku strumieniowego EHD: ciągłe elektroprzędzenie w bliskim polu (NFES) i drukowanie EHD metodą kropli na żądanie (DOD) oparte na kropkach.

Modelowanie w wysokiej rozdzielczości przy użyciu dwóch trybów strumienia elektrohydrodynamicznego: kropli na żądanie i elektroprzędzenia w bliskim polu

Tutaj prezentujemy protokół wytwarzania drukowanych atramentowo wielowarstwowych struktur czujników na podłożach wytwarzanych addytywnie i folii.

Druk hybrydowy do produkcji inteligentnych czujników

Przedstawiono protokół syntezy hybrydowych perowskitowych atramentów kropek perowskitowych z nieorganiczno-ołowiowo-halogenkowym do druku atramentowego oraz protokół przygotowania i drukowania atramentów z kropkami kwantowymi w drukarce atramentowej z technikami postcharakteryzacji.

Druk atramentowy Wszystkie nieorganiczne atramenty perowskitowe halogenkowe do zastosowań fotowoltaicznych

Dwie najnowsze technologie - tatuaż i tekstylia - wykazały obiecujące wyniki w zakresie czucia skóry. W tym miejscu przedstawiamy metody wytwarzania i oceny elektrod do tatuażu i elektrod tekstylnych do elektrofizjologicznego wykrywania skóry. Te interfejsy elektroniczne wykonane z przewodzących polimerów przewyższają istniejące standardy pod względem komfortu i czułości.

Dopasowane elektrody do noszenia: od produkcji do oceny elektrofizjologicznej

Ten artykuł przedstawia technikę produkcji superkondensatorów opartych na chipach za pomocą drukarki atramentowej. Szczegółowo opisano metodologie syntezy atramentów, dostosowywania parametrów oprogramowania i analizy wyników elektrochemicznych wyprodukowanego superkondensatora.

Zaawansowane sterowanie drukarką atramentową do produkcji superkondensatorów opartych na chipach

Poznaj technikę druku planarny i trójwymiarowy przewodzących mikroelektrod z wykorzystaniem nanocząstek srebra. Metoda ta umożliwia tworzenie samonośnych struktur o rozdzielczości 2–30 mikronów.

Planarny i trójwymiarowy druk atramentów przewodzących

Przeglądaj więcej filmów