电子印刷新突破 高性能可打印电子设备成为可能

材料牛注：如果你在关注材料行业，那么你应该不会对“导电油墨”这个名词感到陌生。但是事实上导电油墨的流动性比较大，打印出来的分辨率并不理想。幸运的是，最近麻省理工学院的研究人员开发了一种新的印刷技术，敲开了高性能可打印电子设备的大门。

食品包装上打印保质期的方式已经太过时了。在未来，食品标签内置的传感器不仅会告诉你食品变质的时间，而且还会判别你储存的方式是否正确。某些商品可能还会提供给你一份详细的营养数据。这一切都要得益于可印刷电子产品的迅速发展。目前，麻省理工学院的研究人员发明了一种印刷工艺，把不可能变为了现实，例如发电服装和智能手术缝合线。

当代技术和机械工程的副教授A. John Hart说：“市场对可打印电子设备有巨大的需求，需要大量便宜、能提供计算和交互功能的电子设备。”

虽然一些研究人员一直在研究导电喷墨和橡胶冲压技术，但是这些技术的结果却不甚理想。因为在小尺寸上难以控制油墨流动，印刷常常出现模糊、咖啡环或者不完整电路的问题。

Hart说：“这些问题导致现有的印刷工艺有巨大的局限性，影响印刷层的特征尺寸和厚度大小。对于某些具有特殊电性能或光性能的晶体管或薄膜来说，这些特性是十分重要的。”

为了开发快速、有效的印刷工艺，麻省理工学院的团队尝试采用纳米技术。纳米多孔膜保证了纳米颗粒或油墨的均匀分布，可以得到比传统橡胶印刷更高的分辨率。

研究人员通过在硅表面生长碳纳米管来制作各种图案的印模，然后用薄的聚合物涂覆纳米管。这样做有两个目的：确保含有纳米颗粒（如银、氧化锌和半导体量子点）的油墨能均匀渗透，同时防止纳米管在压印后收缩。

由于冲压油墨时施加的压力值是确保精确高分辨率图案的关键，研究人员开发了一个模型来测量需要的压力值，以确保油墨层在每个基板上均匀分布。利用这些信息，他们建立了一个印刷机来模仿工业化和测试过程。尽管由于印刷机管筒的限制，模拟印刷速度仍然可以与现有工业印刷速率相媲美。

Hart说：“尽管受到打印系统中电机的限制，我们仍然可以做到每秒200mm的打印速度，这已经与工业打印速度相差无几。再加上我们打印的分辨率提高了十倍，这结果让人十分满意。”重要的是，研究人员还发现印刷图案具有高导电性，可以应用在许多方面如高性能透明电极。

Hart说:“我们新的印刷工艺是获得高性能、可打印电子产品（包括晶体管、光学功能表面和传感器）的支持技术。”他的团队还将致力于新技术和二维材料如石墨烯的整合，持续开发新的超薄电子设备和能量转换装置。

原文链接：Turning the potential of electronic printables into a real breakthrough.

文献链接：Ultrathin high-resolution flexographic printing using nanoporous stamps.

本文由材料人编辑部丁菲菲提供素材，张雨翻译，王子鸣审核，点我加入材料人编辑部。

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