Een onderzoekssamenwerking tussen de Universiteit van Hamburg en DESY heeft een proces ontwikkeld dat geschikt is voor 3D-printen en dat kan worden gebruikt om transparante en mechanisch flexibele elektronische circuits te produceren. De elektronica bestaat uit een gaas van zilveren nanodraden die in suspensie kunnen worden geprint en ingebed in verschillende flexibele en transparante kunststoffen (polymeren). Deze technologie kan nieuwe toepassingen mogelijk maken, zoals printbare light-emitting diodes, zonnecellen of gereedschappen met geïntegreerde schakelingen, zoals Tomke Glier van de Universiteit van Hamburg en haar collega's in het tijdschrift rapporteren Wetenschappelijke rapporten . De onderzoekers demonstreren het potentieel van hun proces met een flexibele condensator, onder andere.

"Het doel van deze studie was om 3D-printbare polymeren te functionaliseren voor verschillende toepassingen, " meldt Michael Rübhausen van het Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), een samenwerking tussen DESY, de Universiteit van Hamburg en de Max Planck Society. "Met onze nieuwe aanpak, we willen elektronica integreren in bestaande structurele eenheden en componenten verbeteren in termen van ruimte en gewicht." De natuurkundehoogleraar van de Universiteit van Hamburg leidde het project samen met DESY-onderzoeker Stephan Roth, die tevens hoogleraar is aan het Royal Institute of Technology in Stockholm. Met behulp van het heldere röntgenlicht van DESY's onderzoekslichtbron PETRA III en andere meetmethoden, het team heeft de eigenschappen van de nanodraden in het polymeer nauwkeurig geanalyseerd.

"De kern van de technologie zijn zilveren nanodraden, die een geleidend netwerk vormen, " legt Glier uit. De zilverdraden zijn typisch enkele tientallen nanometers (miljoensten van een millimeter) dik en 10 tot 20 micrometer (duizendsten van een millimeter) lang. De gedetailleerde röntgenanalyse toont aan dat de structuur van de nanodraden in het polymeer niet veranderd, maar dat de geleidbaarheid van het gaas zelfs verbetert dankzij de compressie door het polymeer, terwijl het polymeer samentrekt tijdens het uithardingsproces.

De zilveren nanodraden worden in suspensie op een substraat aangebracht en gedroogd. "Om kostenredenen het doel is om met zo min mogelijk nanodraden een zo hoog mogelijke geleidbaarheid te bereiken. Dit verhoogt ook de transparantie van het materiaal, " legt Roth uit, hoofd van het P03-meetstation bij DESY's röntgenlichtbron PETRA III, waar de röntgenonderzoeken plaatsvonden. "Op deze manier, laag voor laag, een geleidend pad of oppervlak kan worden geproduceerd." Op de geleidende sporen wordt een flexibel polymeer aangebracht, die op hun beurt kunnen worden bedekt met geleidende sporen en contacten. Afhankelijk van de geometrie en het gebruikte materiaal, op deze manier kunnen verschillende elektronische componenten worden bedrukt.

In deze krant, de onderzoekers maakten een flexibele condensator. "In het laboratorium, we hebben de afzonderlijke werkstappen in een laagproces uitgevoerd, maar in de praktijk kunnen ze later volledig worden overgezet naar een 3D-printer, " legt Glier uit. "Echter, de verdere ontwikkeling van conventionele 3D-printtechnologie, die meestal is geoptimaliseerd voor individuele drukinkten, is hiervoor ook essentieel. In op inkjet gebaseerde processen, de printsproeiers kunnen verstopt raken door de nanostructuren, " merkt Rübhausen op.

In de volgende stap, de onderzoekers willen nu testen hoe de structuur van de geleidende paden van nanodraden verandert onder mechanische belasting. "Hoe goed blijft het draadgaas bij het buigen bij elkaar? Hoe stabiel blijft het polymeer, " zei Roth, verwijzend naar typische vragen. "Röntgenonderzoek is hiervoor zeer geschikt omdat het de enige manier is om in het materiaal te kijken en de geleidende paden en oppervlakken van de nanodraden te analyseren."