Разработана недорогая технология печатной электроники на основе металлических чернил из сплава галлия и индия

Технология печати жидким металлом

В последние годы многие научные исследования посвящены проблемам гибкой электроники. В качестве актуальных применений в этой области можно привести: гибкие дисплеи, антенные решетки для мобильных устройств, массивы фотодатчиков, тонкопленочные транзисторы, RFID модули, гибкие батареи, электронику, встраиваемую в одежду или биомедицинские устройства и т.д. Для формирования электрических цепей в этих устройствах уже давно используют метод прямой печати проводников. Но до сих пор ведутся поиски наиболее эффективных методов печати, материалов и технологий, так как распространенные на сегодня способы печати обладают существенными недостатками.
Традиционно используется метод распыления водных или акриловых растворов с дисперсией нано-структур или металлических хлопьев (обычно никель или серебро), но он требует сложной подготовки поверхности и требует контроля проводимости чернил и не всегда устойчив к сгибанию. Кроме того Никель является ферромагнетиком, что может вызвать определенные проблемы в некоторых видах применения. Другим способом реализации является использование жидкого металла (например, 63% олова, 37% свинца), но данный метод требует отдельного нагревательного модуля, использует токсичные материалы и полученные проводники будут уязвимы после застывания к сгибанию.

Исследователями из Технического института физики и химии в Пекине (Китай) предложена оригинальная технология формирования электрических цепей при помощи специальных металлических чернил. В качестве чернил использован сплав галлия и индия (Ga 75.5%, In 24.5%), сохраняющий жидкое состояние при комнатной температуре. В качестве средства печати может быть использован струйный принтер или обычный аэрограф. Для основы печати могут быть использованы практически любые материалы: пластик, резина, бумага, ткань и т.д. При печати на подложке формируется нужный рисунок, состоящий из мельчайших капель. Этот рисунок образует прозрачную проводящую пленку с оптическим коэффициентом пропускания 47% и поверхностным сопротивлением 5.167 Ω/квадрат.

Технология печати жидким металлом

Отсутствие специальной обработки подложки объясняется тем, что в процессе распыления капли металла, вступая в реакцию с кислородом в воздухе окисляются. У оксида увеличивается поверхностное натяжение, что повышает эффект прилипания капель по сравнению с чистым металлом, который плохо удерживается на поверхности. Исследователи провели серию экспериментов, управляя процессом окисления и наблюдая за характеристиками поверхностного натяжения. Для этого изменялось содержание кислорода и размер капель. Необходимо отметить, что проводимость электрической цепи за счет окисления поверхности капель значительно не снижается, так как в контакт с воздухом вступает только поверхность капли, внутри сохраняется чистый проводящий металл.

Формирование нужной электрической цепи можно осуществить либо использованием специальной трафаретной маски или перемещением печатающей головки. В качестве достоинств данной технологии можно отметить простоту реализации, отсутствие специального вакуумного или нагревательного оборудования, экологичность и дешевизну получаемых печатных плат. Кроме того, в принципе, любой желающий может воссоздать подобную установку у себя дома – 100г сплава обойдутся в менее чем $100, плюс принтер или аэрограф.

(По материалам www.technologyreview.com)