Современные промышленные принтеры способны создавать элементы электронных устройств со скоростью подачи подложки несколько метров в минуту. Такие принтеры уже позволяют печатать рабочие аккумуляторы, суперконденсаторы, гибкие солнечные батареи, светодиоды, сенсоры, дисплеи, антенны. Использовать методы струйной печати для производства более сложных электронных компонентов (к примеру, транзисторов и чипов) с требуемыми характеристиками пока не удаётся. Однако ведущие международные производители электроники и научные группы активно движутся к созданию технологии печати цельных гибких электронных устройств. Вклад в развитие этого направления могут внести российские наночернила, синтезированные российской компанией «АкКо Лаб» (г. Москва) на основе серебра и платины. С их помощью можно печатать отдельные микроэлектронные компоненты — токопроводящую разводку, резисторы и магнитные структуры на основе магнитных наночастиц. Наночернила обеспечивают нанесение токопроводящих элементов практически на любые поверхности — текстолит, керамику, стекло, бумагу, полимерную плёнку. В простейшем варианте такими чернилами можно заправить обычный струйный принтер и даже шариковую ручку, которой «рисуют» токопроводящие соединения на различных подложках. Для изготовления микроэлектронных компонентов производители чернил используют 2D-струйный принтер с кремниевой микропьезоэлектрической печатающей головкой и номинальным объёмом капли до 10 пиколитров (1 пиколитр = 10-12 л). Сейчас разрабатываются методы комбинированной (2D + 3D) печати. В ней предполагается объединить струйную 2D-печать наночернилами и объёмную печать полимерами. С помощью такой головки планируют изготавливать конечные функциональные устройства.
Токопроводящая плата, напечатанная серебряными наночернилами на полимерной плёнке. Фото: АкКо Лаб.
Принтер для печати электронных плат наночернилами. Фото: АкКо Лаб.
‹
›
Использование наночернил должно сделать производство электроники более дешёвым, за счёт существенного упрощения технологии, и экологически чистым. К примеру, традиционное нанесение токопроводящих «дорожек» на печатную плату предполагает не менее шести последовательных операций, включающих такие экологически небезопасные, как проявление, травление, промывка. При новом подходе остаются только две операции: печать и последующий нагрев (термический, СВЧ-нагрев, ИК-нагрев, метод лазерной вспышки). Кроме того, благодаря использованию наночернил можно очень точно «нарисовать» нужные элементы и тем самым исключить перерасход драгоценных металлов, неизбежный в традиционной технологии.
Печать на гибких подложках даст возможность создавать принципиально новые устройства — гибкие электронные газеты, гибкие планшеты, гибкие солнечные батареи. Также разработчики рассчитывают, что в будущем наночернила станут активно использоваться на рынке носимой электроники, интегрированной в текстильные изделия. Сейчас специалисты «АкКо Лаб» разрабатывают чернила на основе графена и его оксида. Как известно, графен — это вещество с рекордными значениями электро- и теплопроводности, механической прочности и оптической прозрачности. С использованием графеновых наночернил и струйной печати можно будет создавать прозрачные электронные устройства, в том числе прозрачные электроды и дисплеи.
