प्रवाहकीय धातु स्याही के Planar है और तीन आयामी मुद्रण में वर्णित है. हमारा दृष्टिकोण fabricating मुद्रित इलेक्ट्रॉनिक, optoelectronic, और microscale में असामान्य लेआउट में जैव चिकित्सा उपकरणों के लिए नए रास्ते प्रदान करता है.
मुद्रित इलेक्ट्रॉनिक्स कम लागत, बड़े क्षेत्र निर्माण मार्गों पर भरोसा करने के लिए लचीला या बहुआयामी इलेक्ट्रॉनिक, optoelectronic, और जैव चिकित्सा 1-3 उपकरणों बनाने. इस पत्र में, हम पर ध्यान केंद्रित एक (1D), दो (2 डी), और तीन आयामी लचीला, stretchable और फैले microelectrodes के रूप में प्रवाहकीय धातु स्याही के मुद्रण (3 डी).
प्रत्यक्ष लिखने विधानसभा 4,5 एक करने के लिए 3 डी मुद्रण तकनीक है कि ठीक नलिका (~ 0,1 – सुक्ष्ममापी 250) के माध्यम से ध्यान केंद्रित स्याही के बयान से सरल लाइनों से जटिल संरचनाओं को लेकर सुविधाओं के निर्माण में सक्षम बनाता है. यह मुद्रण विधि एक कंप्यूटर नियंत्रित 3 अक्ष अनुवाद चरण में, एक स्याही जलाशय और नोजल, और दृश्य के लिए 10x दूरबीन लेंस के होते हैं. Inkjet मुद्रण के विपरीत, एक छोटी बूंद आधारित प्रक्रिया, प्रत्यक्ष लिखना विधानसभा में या बाहर के विमान या तो स्याही filaments के बाहर निकालना शामिल है. मुद्रित filaments आमतौर पर नोक के आकार के अनुरूप. Hencई, microscale की विशेषताएं (<1 सुक्ष्ममापी) और नमूनों किया जा सकता है बड़ा arrays और बहुआयामी आर्किटेक्चर में इकट्ठे.
इस पत्र में, हम पहली बार प्रत्यक्ष लिखना विधानसभा के माध्यम से planar और 3 डी मुद्रण के लिए एक उच्च केंद्रित चांदी nanoparticle स्याही synthesize. अगला, बहुआयामी रूपांकनों में मुद्रण microelectrodes के लिए एक मानक प्रोटोकॉल का प्रदर्शन है. अंत में, विद्युत छोटे एंटेना, सौर कोशिकाओं और प्रकाश उत्सर्जक डायोड के लिए मुद्रित microelectrodes के आवेदन पर प्रकाश डाला हैं.
पारंपरिक छोटी बूंद आधारित मुद्रण दृष्टिकोण, जैसे inkjet मुद्रण, पतला प्रकृति और प्रयुक्त स्याही के कम चिपचिपापन कारण कम पहलू अनुपात के साथ planar इलेक्ट्रोड का निर्माण करने के लिए सीमित कर रहे हैं. हाल ही में डुबकी कलम () DPN nanolithography 20-22 और ई – जेट मुद्रण 23-25 पैटर्न प्रवाहकीय सुविधाओं के लिए इस्तेमाल किया गया है. इन मार्गों को भी पतला, कम दलदलापन स्याही रोजगार. Pearton और सह कार्यकर्ता DPN का इस्तेमाल 1600 तक लगभग 0.5 22 सुक्ष्ममापी सुक्ष्ममापी -1 और लाइन चौड़ाई के लिखने गति पर एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध चांदी nanoparticle स्याही जमा . हालांकि, बड़े क्षेत्रों पर प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य पैटर्न के निर्माण अभी बाकी है इस दृष्टिकोण के द्वारा प्रदर्शन किया. चांदी nanoparticle स्याही भी ई – जेट मुद्रण द्वारा जमा किया गया है ~ 1.5 25 सुक्ष्ममापी की लाइन चौड़ाई के साथ प्रवाहकीय निशान के रूप में. हालांकि, के रूप में inkjet मुद्रण के साथ, inhomogeneous मुद्रित सुविधाओं उपग्रह बूंद गठन और गैर वर्दी ड्रॉप घ के कारण पैदा हो सकता है24,25 rying.
के रूप में प्रदर्शन ऊपर केंद्रित चांदी nanoparticle स्याही के प्रत्यक्ष लिखना विधानसभा फ़िलामैंटरी एक मुद्रण आधारित दृष्टिकोण के माध्यम से इन सीमाओं पर काबू. इस तकनीक को एक एकल गुजरता 1D, 2d और 3 डी आर्किटेक्चर के निर्माण की अनुमति में एक उच्च पहलू अनुपात (/ ज w ≈ 1.0) के साथ प्रवाहकीय microelectrodes के निर्माण में सक्षम बनाता है. मुद्रित सुविधाओं का आकार नोक व्यास, स्याही ठोस लोड हो रहा है, दबाव लागू, और मुद्रण की गति पर निर्भर करता है है. तिथि करने के लिए, प्रवाहकीय निशान के रूप में छोटे रूप ~ 2 सुक्ष्ममापी मामूली गति (<2 मिमी -1 एस) पर 1 सुक्ष्ममापी नोक का उपयोग किया गया नमूनों है. सिलाई करके स्याही संरचना और नोजल ज्यामिति, 10 एस सेमी -1 से अधिक में अधिकतम मुद्रण गति संभव हो रहे हैं. हालांकि, ठीक नलिका (<5 सुक्ष्ममापी) का उपयोग उच्च गति मुद्रण एक महत्वपूर्ण चुनौती बनी हुई है.
प्रत्यक्ष लिखना विधानसभा के आवेदन प्रदर्शित करने के लिए, हम प्रवाहकीय ग्रिड, एल गढ़ेectrically से छोटे एंटेना, सौर कोशिकाओं, और planar और फैले मुद्रित इलेक्ट्रोड (14/08 चित्रा) के साथ प्रकाश उत्सर्जक डायोड. विशेष रूप से, हमारे दृष्टिकोण धातु संरचनाओं के निर्माण के लिए सीमित नहीं है. रेशम फ़ाइब्राइन, hydrogel और भगोड़ा जैविक स्याही के आधार पर उन जैसे अन्य स्याही डिजाइन, का उपयोग करना, हम ऊतक इंजीनियरिंग और प्रत्यक्ष लिखने के 26-30 विधानसभा के माध्यम से सेल संस्कृति के लिए 3 डी scaffolds और microvascular नेटवर्क का निर्माण किया है.
भविष्य की ओर देख रहे हैं, वहाँ कई अवसरों और चुनौतियों का सामना कर रहे हैं. इसके अलावा अग्रिम में नए स्याही डिजाइन, स्याही प्रवाह की गतिशीलता के बेहतर मॉडलिंग, और बढ़ाया रोबोट और नियंत्रण प्रणाली की आवश्यकता है. उच्च throughput और nanoscale संकल्प के साथ 3 डी संरचनाओं के लिए 1D के निर्माण के बड़े क्षेत्र (<100 एनएम) एक महत्वपूर्ण चुनौती बनी हुई है.
The authors have nothing to disclose.
इस सामग्री को अमेरिकी ऊर्जा विभाग, सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग प्रभाग (पुरस्कार सं DEFG-02-07ER46471) और लाइट सामग्री पर डो ऊर्जा अनुसंधान केंद्र ऊर्जा रूपांतरण में सहभागिता (द्वारा समर्थित काम पर आधारित है पुरस्कार सं डे – SC0001293 ), और फ्रेडरिक Seitz सामग्री अनुसंधान प्रयोगशाला (FSMRL) के भीतर सामग्री के Microanalysis के लिए केंद्र तक पहुँच से लाभान्वित.
Name of the reagent | Company | Catalogue 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 | 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 designed | – | Mingjie Xu |