Kondensaattoreita tulostamalla

Esimerkki joustavasta ja läpinäkyvästä elektronisesta komponentista: joustava kondensaattori.

Hampurin yliopiston ja tutkimuskeskus DESY:n välinen tutkimusyhteistyö on tuottanut 3D-tulostukseen soveltuvan prosessin, jota voidaan käyttää läpinäkyvien ja mekaanisesti joustavien elektronisten piirien tuottamiseen.

Elektroniikka koostuu hopeisten nanolankojen verkosta, joka voidaan tulostaa suspensiossa ja on sulauttaa erilaisiin joustaviin ja läpinäkyviin muoveihin (polymeereihin).

Tekniikka mahdollistaa muun muassa tulostettavat ledit ja aurinkokennot ja tutkijat osoittavat prosessinsa potentiaalia muun muassa joustavalla kondensaattorilla.

Käyttämällä DESY:n tutkimuslaitteita yhteistyöryhmä pystyi analysoimaan tarkasti polymeerissä olevien nanolankojen ominaisuuksia. Yksityiskohtainen röntgensädeanalyysi osoitti, että polymeerissä olevien nanolankojen rakenne ei muutu vaan verkon johtavuus jopa paranee polymeerin tuottaman puristumisen ansiosta kun polymeeri kutistuu kovettumisprosessin aikana.

Hopean nanolangat levitetään alustalle suspensiossa ja kuivataan. ”Kustannussyistä tavoitteena on saavuttaa mahdollisimman suuri johtavuus mahdollisimman pienillä nanoputkilla. Tämä lisää myös materiaalin läpinäkyvyyttä”, kertovat tutkijat DESY:n tiedotteessa.

Drexel yliopiston ja Trinity Collegen tutkijat ovat luoneet mustesuihkutulostimelle sopivaa mustetta erittäin johtavasta kaksiulotteisesta MXene-materiaalista.

Tutkijoiden havainnot viittaavat siihen, että mustetta voidaan käyttää tulostamaan joustavia energian varastointikomponentteja, kuten superkondensaattoreita.

Havainnot osoittavat, että edistyksellisellä mustesuihkutulostimella tulostetut MXene-printatut mikrosuperkondensaattorit ovat suuruusluokkaa parempia kuin olemassa olevilla johtavilla musteilla tehdyt.

Monissa nanomusteissa tarvitaan lisäainetta hiukkasten pitämiseksi yhdessä ja laadukkaan tulostuksen mahdollistamiseksi. Tällöin tarvitaan myös lisätyövaiheita tulostamisen jälkeen kyseisen lisäaineen poistamiseksi. MXene-tulostuksessa käytetään mustetta vain MXene-vedessä tai MXene-orgaanisessa liuoksessa. Tämä tarkoittaa, että se voi kuivua ilman lisätoimia.

MXenellä on ainutlaatuinen kyky sekoittua nesteisiin, kuten veteen ja muihin orgaanisiin liuottimiin, säilyttäen samalla sen johtavat ominaisuudet. Musteessa oleva liuotin ja MXene-pitoisuus voidaan säätää erilaisiin tulostimiin.

Osana tutkimusta MXene-muste testattiin yksinkertaisilla piireillä, mikro-superkondensaattorilla ja tekstinä alustoilla, jotka vaihtelevat paperista muoviin ja lasiin.

Tulosteet säilyttivät ylivoimaisen sähkönjohtavuutensa, joka on korkein kaikista hiilipohjaisista johtavista musteista, mukaan lukien hiilinanoputket ja grafeeni.

Aiheesta aiemmin:

3D-tulostuksella mekaanisia logiikkaportteja

3D-printattua pietsomateriaalia

MXenestä aiemmin: Erittäin ohuita antenneja