התפקיד הקריטי של פורמולות Ink מוליכים באלקטרוניקה מודפסת

אלקטרוניקה מודפסת התפתחה כפרדיגמה ייצור משתנה, המאפשרת ייצור של מכשירים אלקטרוניים גמישים, קלים וחסכוניים על substrates החל פולימרים ונייר לטקסטיל וזכוכית. בלב הטכנולוגיה הזו שוכנת דיו, חומר פונקציונלי כי חייב להיות מהנדס בזהירות כדי לאזן ביצועים חשמליים, הדפסה, וגמישות מכנית.

תכונות חשמל חיוניות Defined

לפני בחינה של פרטים, יש צורך לבסס את התכונות החשמליות הבסיסיות שמהנדסי אלקטרוניקה מייעלים. מוליכות חשמלית (ראהים:0 σFLT:1) מודדים את היכולת של חומר לבצע זרם חשמלי; זה המטרות של אנטנות גבוהה (FLT:2 & כסף; FLT 3: 3) במוליכים מודפסים, המטרה היא בדרך כלל התנגדות נמוכה (מקסימום) להפחתה של 2.

בחירת חומרים מוליכים: Silver, Copper, Carbon, and Beyond

הבחירה של מילוי התנהגות היא ההחלטה היחידה המשפיעה ביותר.כל חומר מציג פער סחר מובהק בין התנהגות, עלות, יציבות ודרישות עיבוד.

Inks מבוססי Silver

סילבר נשאר סוס העבודה של תעשיית האלקטרוניקה המודפסת בשל מוליכות החשמל הגבוהה ביותר שלה בקרב מתכות (6.30 × 1003FLT:0 ס"מFLT:1 S /m) והתנגדותו לחמצן בתנאים מסובכים; פפל כסף ננופיל ונופיל חלקיקים נמצאים בשימוש נרחב עבור יישומים גבוהים כגון Die-chta, חיבור חוט, החלפת, ועלויות גבוהות של אנטנות שומן, אך ורק לאחר תשלום של 3 גרם כסף רגיל של כסף.

תגית: Inks

קופר מציע כ-90% מההתנהגות של כסף בשבריר מהעלות החומרית (בולקט התנגדות 1.68 × 1003FLT:0-803FLT:1 Ωm) האתגר העיקרי הוא חמצון מהיר של נחושת במהלך עיבוד ובשירות, אשר באופן דרסטי מקטין ביצועים חשמליים.

Inks מבוססי פחמן

דיוסי פחמן, המיוצרים מגרף, פחמן שחור, או גרפן פייקלס, מציעים התנהגות נמוכה הרבה יותר מאשר מתכות (בדרך כלל 10-100 S / ס"מ) אבל מצטיינים אינרציה כימית, גמישות, בעלות נמוכה.פחמן דיונים משמשים נרחב בפסכי מצופה אלקטרודות עבור biosensors, משככי אדזואלקטריים, ותקני אנרגיה אלקטרוכימיים.

חומרים מוליכים אחרים

ניקל, אלומיניום ופולימרים מוליכים (למשל, PEDOT:PSS) לתפוס תפקידים נישה. ניקל משמש רכיבים מגנטיים, אלומיניום עבור קישורים קלים (למרות תחמוצת מולדת שלה), ו PEDOT:PSS עבור אלקטרודות שקוף באלקטרוניקה אורגנית ומכשירים אלקטרו-כרומוזומיים.

Particle Morphology, התפלגות גודל וכימיה חיצונית

הצורה הפיזית של הממלא המוליכים משפיעה מאוד הן תכונות חשמליות והן על הדפסות. חלקיקים Spherical (1–100 nm) מספקים שטח משטח גבוה ומאפשרת חלוף זמני נמוך עקב אנרגיה על פני השטח גבוהה, אבל הם יכולים agglomerate ודורשים פיזור מעמיק של חומרים (כמו חלקיקים עם יחס גבוה) משמשים בדרך כלל בדפוס כי הם מתאימים במהלך יצירת שכבות ספירלה גבוהה, כמו דחיסה מגנטית חומרים דחיסה , או דחיסות גבוהה יותר דחיסות דחיסות דחיסות.

התפלגות גודל חלקיקים (PSD) חייבת להיות מתאימה עבור שיטת ההדפסה שנבחרה.עבור הדפסה דיוג'ט, חלקיקים חייבים להיות פחות מ- 20 אחוז של הקוטר ה- nozzle כדי להימנע מ clogging, בדרך כלל מתחת 500 nm. versely, עבה-film הדפסה מסך מסך מסך יכול לסבול חלקיקים עד כמה מיקרומטרים. A bimodal או multimodal PSD יכול להגדיל את האריזה ולנהל צפיפות, כמו חלקיקים גדולים יותר.

כימיה Surface היא קריטית באותה המידה.חלקיקים התנהגותיים מצופים לעתים קרובות עם מתפזרים, גולשים, או ייצוב פולימרי כדי למנוע הדבקה ברכב דיו.עם זאת, פגזים אורגניים אלה יכולים לפעול כמו אינסטלטורים חשמליים בצומת חלקיקים, הגדלת התנגדות מגע. בחירה עסיסית של ציפוי והסרת (רמל, UV, או כימי) במהלך חיטוי נדרש כדי להשיג גמישות נמוכה, לדוגמה, nanoCiOS (לא נקיה) אבל לא ניתן לנקות באופן מלא.

Binder Systems והשפעותיהם על נכסים חשמליים

הכבל (או matrix) משמש לתקן את החלקיקים המוליכים אל תת-התחב ולאחד את השני לאחר הסרת פתרון. Binders יכול להיות פולימרים אורגניים (epoxy, acrylic, polyurethane), משקפיים לא אורגניים (עבור פסבים סמיבים), או מערכות היברידיות.המחבר חייב לספק דבקות וגמישות מבלי ליצור שכבות עבות בין חלקיקים, בדרך כלל נשאר ריקבון או מכווץ לחלוטין.

הנפח של החייב יחסי למילוי מוליכים ישירות משפיע על רשת ההנצחה.בתוכן דל (עומס מלא גבוה), מגעים חלקיקים-to-particle בשפע, מניב התנהגות גבוהה אבל פוטנציאל מתח נמוך ושקיפות.בתוכן דל יותר, מוליכות גבוהה טיפות התנהגות חדה, לפעמים מתחת לסף ההנצחה, שבו חלקיקים הם לעתים קרובות מכוונים למגיפת טעינה גרועה רק מעל 60 נקודות זכות סטנדרטית, 000 סטנדרטית ניירת, הוא מול תכונות מכניות.

(הופנה מהדף ⁇ ) לדרוש כי הכבל מכיל זנים מתפתלים ללא סדקים של המנצח (Elastomeric Cableers (polyurethane, סיליקון) מעדיפים, אבל יש להם תכונות בידוד חשמליות גבוהות יותר.יש חוקרים משלבים פולימרים מוליכים בכבל כדי לשמור על מוליכות אפילו אם מגעי חלקיקים נפרדים.

מערכות הפעלה ותוספות

סולורס שולט בטרילוגיה דיו: קוצר רוח, מתח פני השטח, וקצב הייבוש.המסת או השעיית הכבלים והתוספים, רטוב את תת-המתח, ו- evaporate בקצב מבוקר כדי למנוע פגמים כמו אפקטים של קפה, קריפט, או פיתולים. Common Solnts כוללים את גליקול ethers (למשל Dowan Dowan Dowan Dowan Dowan Dool, pol-Rine), fererol-ilericol-Rine, Nitol-Rine (Rine) ו-ilerol-ilerol-ilerol-ilerol-ilerol-ilericol-ilerol-ilerol-iler) ו-ilerol-ilate (Rine) , Nitol-ilerol-ilerol-ilerol-ilerol-ilerol-ilerol-ilerol-ilerol-ilate pertrarlinol-ilerol-ilerol-ilerine (מרוץ (מנקה, Nit) , Nitol-ilate) , Nitol-ilate)

תוספות כגון סוכני הרטוב, מפוספסים, ומתאים rheological משמשים כדי להתאים התנהגות דיו עבור טכניקות הדפסה ספציפיות.לדוגמה, הדפסה מסך דורשת דיוק גבוה (thixotropic) דיו; דיוג'אט דורש סטיות נמוכות (Newian או Shear-inning בהיר) עם מתח סביב 25-35n / m / m / מ"מ / מ"מ) עלול להגביר את הפחתת מדי כדי לגרום לדלקתיים נמוך מדי, כמו טיפות.

תוצאות חיפוש: Sintering and Its Impact on Conductivity

לאחר הדפסה, דיו חייב להיות מומר משכבת חלקיקים לתוך סרט מתמשך התנהגותי. תהליכים מתמשכים - thermal, photonic, כימי או חשמל - להניע היתוך חלקיקים ומשלוח נקשר. הטמפרטורה האומללה ומשך זמן רב להשפיע עמוקות על ההתנגדות הסופית. insufficientientientiententing על על על על על על על על על פני כדוריות מחסום (למשל, פיזור חיווריבי, חמצני) בין חלקיקים שונים, בעיקר בשל נזקי פחמן עמידים תת-ידי פחמן (חומרי דם), או נזקי-ידי חלקיקים).

חטאים כבדים ב 100-300 מעלות צלזיוס סטנדרטי עבור תת-סובסטרים סובלניים חום כמו זכוכית או פולימדן. עבור PET ופלסטיקים גמישים אחרים, אשר אינם יכולים לעלות על 150 עד 180 מעלות צלזיוס, שיטות חלופיות נדרשים. Intense דופק אור (IPL) חטא משתמשות ב-xenon פלאשs כדי לחמם במהירות את הסרט המודפס בעוד תת-הת נשאר מגניבה IPL יכול להשיג תכונות מתכתיות חלשות.

מאפיינים ובדיקה של תכונות חשמל

מדידה מדויקת של תכונות מנצח מודפס הוא חיוני עבור אופטימיזציה. Resistivity נמדד בדרך כלל באמצעות שיטת בדיקה של ארבע נקודות, אשר מבטל מגע ועופרת התנגדות. Sheet התנגדות (ב Oms לריבוע, Ω /sq) הוא מדד נוח עבור סרטים דקים והוא מומר כדי התנגדות על ידי מכפילה על ידי עובי הסרט.

(הבדיקה של אדן (בביצוע משיכת טייפ, שריטות או מבחן התכופים) תואמת את העוצמה החשמלית; מנצח שמפלי הפללה יכשלו באופן חשמלי. Flexibility נבחנים שוב ושוב תוך מעקב אחר שינוי באמינות סביבתית - זמן רכיבה על אופניים, אחסון גבוה-השפל, וזעזוע תרמי - הם קריטיים עבור יישומים באלקטרוניקה לרכב או ללבוש שבו המכשיר חייב לעמוד בתנאים אמיתיים עבור מוטציות לטווח ארוך (D2F) נטרולמידתיות (מדדי תיבות של 10: 10: 0.

אסטרטגיות לטיהור מטרות

שום ניסוח יחיד לא מתאים לכל יישומי האלקטרוניקה המודפסים. פורמולטורים להתאים את Inks למכשירי יעד:

  • <חזק>PRAID אנטנה: נדרש מאוד התנגדות נמוכה (בדרך כלל <5 & מיקרו; & Omega; ס"מ) כדי להשיג טווח קריאה מספיק. Silver או נחושת עם טעינה מלאה גבוהה וחטאים אופטימיזציה הם אופייניים.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (למשל, PEDOT:PSS, ננווטים כסף) עם התנגדות נמוכה של גיליון (ראה:285%) פורמולציות חייבות לאזן את ההתנהגות עם ערפל מינימלי וגמישות מכנית מתחת לכופף.
  • (FLT:0) חיישנים בריאותיים בלתי ניתנים לערעור 1: זקוקים לחרקים בעלי עור שמשמרים מוליכות מתחת ל- 50% מתח. Silver-או דיוומים אתריים מלאים פחמן עם מיקרו-קסר או מבנים מזחלים מאפשרים שינויים התנהגותיים בלתי הפיכים.
  • (ב) [ה]: [ה], [ה],] [ה], [ה],] [ה], [ה]], [ה],] [ה],]] [ה]], [ה],]], [המשכיל] את הציפוי הנגדי ומהווה מגע בעל כורה נמוך לפולט.
  • (FLT:0) אלמנטים של HeateribFLT:1: לדרוש התנגדות אחידה ויעילות טמפרטורה של התנגדות (TCR) פחמן או דיופי כסף עם מטען חלקיקים מבוקר בדיוק ופיזור אחיד להבטיח חימום עקבי על פני אזורים גדולים.

כיוונים עתידיים ב-Ink Formulation

הגבול של מחקר מוליכים מתמקדת בהגדלת מוליכות כלפי ערכים גדולים, המאפשרת טמפרטורות ריפוי נמוכות יותר, והתרחבות תאימות תת-קרקעית. Reactive inks, כגון אלה המשתמשים ב-Creboxylates כסף אשר להיפטר מתכת כסף במהלך הדפסה, לחסל את הצורך של חלקיק דיסקרטיק חיטוי. nanoposite בשילוב חלקיקים עם צינורות פחמן יכול להשיג ירידה במשקל, אשר פותחים עלות microheulating.

לחצים של קיימות מניעים את הפיתוח של כוויות מבוססות ביולוגית (למשל, צלולוז, lignin) ו- Water-based Solnts. Copper inks עם הפחתה חד-חמצני יעילה פתרון הם מגורשים, עלולים להשפיל כסף ביישומים רבים.הוספת טכניקות ייצור כמו הדפסה מטוס סילון ואלקטרודינמיקה הדפסה לכפות סטיות חדשות וגודל כי יהיה חדד יותר במגבלות.

מסקנה

ניסוח מוליכים הוא משמעת רב-פנים הקובעת את התכונות החשמליות של מכשירים אלקטרוניים מודפסים. על ידי בחירה בקפידה חומרים מוליכים, שליטה בגודל חלקיקים ומורפיולוגיה, הנדסה מערכת הקידוד-סולמה, ועיצוב צעדים מתאימים לאחר עיבוד, פורמולטורים יכולים להשיג קשת רחבה של עמידות, יכולות נוכחיות, וגמישות מכנית.

(ב) [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה']'[ה']'[ה]']'[ה']'[ב]']'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']'''']'[']'[ה'[ה']']']'[ה'[ה']'[ה'[ה']'[ה'[ה']'[ה']'[ה'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה']']']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה']']']']']'[ה'[ה']'[ה'[ה']'[ה'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה']'['[ה'