Inkten die metalen nanodeeltjes bevatten, behoren tot de meest gebruikte geleidende materialen voor gedrukte elektronica. Inkjetlagen van MNP-materialen zorgen voor ongeëvenaarde ontwerpflexibiliteit, snelle verwerking en 3D-printen van functionele elektronische apparaten zoals sensoren, zonnepanelen, LED-displays, transistors en slim textiel.

Inkjet 3D-printen van metalen vormt typisch een vast geprint object via een tweestapsproces:verdamping van het oplosmiddel bij het printen (pinning) en daaropvolgende consolidatie bij lage temperatuur van nanodeeltjes (sinteren). De lage temperatuur is belangrijk omdat in veel toepassingen de nanodeeltjes worden gecoprint met andere functionele/structurele organische materialen die gevoelig zijn voor hogere temperaturen.

Echter, lagen geproduceerd door inkjetprinten van metalen nanodeeltjes hebben verschillende elektrische geleidbaarheid tussen horizontale en verticale richtingen. Dit effect staat bekend als functionele anisotropie en is een al lang bestaand probleem voor het 3D-printen van functionele elektronische apparaten, het gebruik ervan voor geavanceerde toepassingen te voorkomen.

Eerder werd gedacht dat verminderde verticale geleidbaarheid door een gedrukt apparaat voornamelijk wordt veroorzaakt door vorm- en fysieke continuïteitsproblemen aan de interfaces van de samenstellende nanodeeltjes (op de zeer kleine micro- en nanoschaal). Echter, Onderzoekers van Nottingham gebruikten zilveren nanodeeltjes om te laten zien, Voor de eerste keer, dat het wordt veroorzaakt door organische chemische resten in de inkten.

Deze restanten, die aan de inkten worden toegevoegd om de nanomaterialen te helpen stabiliseren, leiden tot de vorming van laaggeleidende, zeer dunne lagen op nanoschaal die de elektrische geleidbaarheid van het gedrukte monster in verticale richting verstoren.

Met een beter begrip van de verdeling van resterende organische additieven in geprinte lagen, de onderzoekers hopen door te gaan met het definiëren van nieuwe technieken en het ontwikkelen van nieuwe inktformuleringen om functionele anisotropie van op inkjet gebaseerde 3D-geprinte elektronica te overwinnen.

Hoofdauteur, CfAM-onderzoeker Dr. Gustavo Trindade, zei, "Het is bekend dat de geleidbaarheid van met inkjet bedrukte metalen nanodeeltjes afhankelijk is van de verwerkingstemperatuur en is eerder toegeschreven aan veranderingen in de vorm en porositeit van geclusterde nanodeeltjes, met de rol van organische resten wordt alleen gespeculeerd."

"Dit nieuwe inzicht maakt de ontwikkeling mogelijk van routes om functionele anisotropie in op inkjet gebaseerde nanodeeltjes te overwinnen, en zal daarom de acceptatie van deze potentieel transformationele technologie verbeteren, waardoor het concurrerend is met conventionele productie. Onze aanpak is overdraagbaar naar andere op nanomaterialen gebaseerde inkten, waaronder inkten die grafeen en gefunctionaliseerde nanokristallen bevatten, en zal de ontwikkeling en exploitatie van zowel 2D- als 3D-geprinte elektronica mogelijk maken, zoals flexibele en draagbare sensoren, zonnepanelen, LED-displays, transistors en slim textiel."

Het onderzoek is uitgevoerd door het Centre for Additive Manufacturing (CfAM), onder de door EPSRC gefinancierde programmabeurs van £ 5,85 miljoen, Additive Manufacturing van de volgende generatie mogelijk maken. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in een nieuw artikel 'Residual polymer stabilizer veroorzaakt anisotrope elektrische geleidbaarheid tijdens inkjetprinten van metalen nanodeeltjes' in het tijdschrift Nature. Communicatie materialen.

De onderzoekers gebruikten de unieke chemische gevoeligheid van een ultramodern 3D orbiSIMS-instrument van de Universiteit van Nottingham. De orbiSIMS van Nottingham - de enige aan een Britse universiteit - maakt labelvrije 3D-chemische beeldvorming van materialen met een zeer hoge resolutie mogelijk, onthullende inzichten die deze studie hebben geïnformeerd.