Ett forskningssamarbete mellan universitetet i Hamburg och DESY har utvecklat en process lämplig för 3-D-utskrift som kan användas för att producera transparenta och mekaniskt flexibla elektroniska kretsar. Elektroniken består av ett nät av silver nanotrådar som kan tryckas i suspension och bäddas in i olika flexibla och transparenta plaster (polymerer). Denna teknik kan möjliggöra nya applikationer som utskrivbara lysdioder, solceller eller verktyg med integrerade kretsar, som Tomke Glier från universitetet i Hamburg och hennes kollegor rapporterar i tidskriften Vetenskapliga rapporter . Forskarna visar potentialen i deras process med en flexibel kondensator, bland annat.

"Syftet med denna studie var att funktionalisera 3-D-utskrivbara polymerer för olika applikationer, " rapporterar Michael Rübhausen från Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), ett samarbete mellan DESY, universitetet i Hamburg och Max Planck Society. "Med vårt nya tillvägagångssätt, vi vill integrera elektronik i befintliga strukturella enheter och förbättra komponenter när det gäller utrymme och vikt." Fysikprofessorn från universitetet i Hamburg ledde projektet tillsammans med DESY-forskaren Stephan Roth, som också är professor vid Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm. Med hjälp av det starka röntgenljuset från DESYs forskningsljuskälla PETRA III och andra mätmetoder, teamet har noggrant analyserat egenskaperna hos nanotrådarna i polymeren.

"I hjärtat av tekniken är silver nanotrådar, som bildar ett ledande nät, " förklarar Glier. Silvertrådarna är vanligtvis flera tiotals nanometer (miljondelar av en millimeter) tjocka och 10 till 20 mikrometer (tusendelar av en millimeter) långa. Den detaljerade röntgenanalysen visar att strukturen hos nanotrådarna i polymeren är inte förändrad, men att nätets ledningsförmåga till och med förbättras tack vare komprimeringen av polymeren, eftersom polymeren drar ihop sig under härdningsprocessen.

Silvernanotrådarna appliceras på ett substrat i suspension och torkas. "Av kostnadsskäl, syftet är att uppnå högsta möjliga konduktivitet med så få nanotrådar som möjligt. Detta ökar också materialets transparens, " förklarar Roth, chef för P03-mätstationen vid DESYs röntgenljuskälla PETRA III, där röntgenundersökningarna ägde rum. "På det här sättet, lager på lager, en ledande bana eller yta kan produceras." En flexibel polymer appliceras på de ledande spåren, som i sin tur kan täckas med ledande spår och kontakter. Beroende på geometri och material som används, olika elektroniska komponenter kan tryckas på detta sätt.

I det här pappret, forskarna tog fram en flexibel kondensator. "I laboratoriet, vi utförde de enskilda arbetsstegen i en skiktningsprocess, men i praktiken kan de senare helt överföras till en 3D-skrivare, " förklarar Glier. "Men, vidareutveckling av konventionell 3D-utskriftsteknik, som vanligtvis är optimerad för individuella tryckfärger, är också avgörande för detta. I bläckstrålebaserade processer, utskriftsmunstyckena kan vara igensatta av nanostrukturerna, " konstaterar Rübhausen.

I nästa steg, forskarna vill nu testa hur strukturen hos de ledande banorna gjorda av nanotrådar förändras under mekanisk påfrestning. "Hur bra håller trådnätet ihop under böjning? Hur stabil förblir polymeren, sa Roth, hänvisar till typiska frågor. "Röntgenundersökning är mycket lämplig för detta eftersom det är det enda sättet vi kan titta in i materialet och analysera nanotrådarnas ledande banor och ytor."