(izquierda) Impresión digital por inyección de tinta de tintas que contienen nanopartículas metálicas con evaporación de solvente in situ (fijación). (derecha) Imágenes ópticas y químicas de una capa impresa de nanopartículas de plata que muestran residuos orgánicos en la superficie Crédito:Gustavo Trindade
Las tintas que contienen nanopartículas metálicas se encuentran entre los materiales conductores más utilizados para la electrónica impresa. Las capas de inyección de tinta de materiales MNP permiten una flexibilidad de diseño sin precedentes, procesamiento rápido e impresión 3D de dispositivos electrónicos funcionales como sensores, paneles solares, Pantallas LED, transistores y textiles inteligentes.
La impresión 3D por inyección de tinta de metales suele formar un objeto sólido impreso mediante un proceso de dos pasos:evaporación del disolvente al imprimir (fijación) y posterior consolidación a baja temperatura de nanopartículas (sinterización). La baja temperatura es importante ya que en muchas aplicaciones las nanopartículas se imprimen conjuntamente con otros materiales orgánicos funcionales / estructurales que son sensibles a temperaturas más altas.
Sin embargo, Las capas producidas por la impresión por inyección de tinta de nanopartículas metálicas tienen una conductividad eléctrica diferente entre las direcciones horizontal y vertical. Este efecto se conoce como anisotropía funcional y es un problema de larga data para la impresión 3D de dispositivos electrónicos funcionales. impidiendo su uso para aplicaciones avanzadas.
Anteriormente se pensaba que la reducción de la conductividad vertical a través de un dispositivo impreso se debe principalmente a problemas de forma y continuidad física en las interfaces de las nanopartículas constituyentes (a micro y nanoescala muy pequeñas). Sin embargo, Los investigadores de Nottingham utilizaron nanopartículas de plata para mostrar, por primera vez, que es causado por residuos químicos orgánicos en las tintas.
Estos residuos, que se agregan a las tintas para ayudar a estabilizar los nanomateriales, conducir a la formación de baja conductividad, Capas de nanoescala muy delgadas que interfieren con la conductividad eléctrica de la muestra impresa en la dirección vertical.
Un prototipo impreso en 3D de inyección de tinta multimaterial de un sensor de deformación encapsulado utilizado en el estudio Crédito:Gustavo Trindade
Con una comprensión más clara de la distribución de aditivos orgánicos residuales dentro de las capas impresas, Los investigadores esperan continuar para definir nuevas técnicas y desarrollar nuevas formulaciones de tinta para superar la anisotropía funcional de la electrónica impresa en 3D basada en inyección de tinta.
Autor principal, Becario de investigación de CfAM Dr. Gustavo Trindade, dijo, "Se sabe que la conductividad de las nanopartículas metálicas impresas por inyección de tinta depende de la temperatura de procesamiento y se ha atribuido previamente a cambios en la forma y la porosidad de las nanopartículas agrupadas, sólo se especula sobre el papel de los residuos orgánicos ".
"Esta nueva información permite el desarrollo de rutas para superar la anisotropía funcional en nanopartículas basadas en inyección de tinta, y, por lo tanto, mejorará la adopción de esta tecnología potencialmente transformadora, haciéndolo competitivo con la fabricación convencional. Nuestro enfoque es transferible a otras tintas basadas en nanomateriales, incluidas las que contienen grafeno y nanocristales funcionalizados, y permitirá el desarrollo y la explotación de la electrónica impresa en 2-D y 3D, como sensores flexibles y portátiles, paneles solares, Pantallas LED, transistores y textiles inteligentes ".
El estudio fue realizado por el Centro de Fabricación Aditiva (CfAM), en el marco de la subvención del programa financiada por EPSRC de £ 5,85 millones, Habilitación de la fabricación aditiva de próxima generación. Sus hallazgos se publican en un nuevo artículo titulado 'El estabilizador de polímero residual provoca una conductividad eléctrica anisotrópica durante la impresión por inyección de tinta de nanopartículas metálicas' en la revista Nature. Materiales de comunicación.
Los investigadores utilizaron la sensibilidad química única de un instrumento orbiSIMS 3D de última generación propiedad de la Universidad de Nottingham. Nottingham orbiSIMS, el único en una universidad del Reino Unido, permite imágenes químicas en 3D sin etiquetas de materiales con muy alta resolución, revelando conocimientos que han informado este estudio.
