非保形印刷:柔性虫胶油墨也可以用于PET瓶等形状。功劳:Empa更精确、更快、更便宜:世界各地的研究人员多年来一直致力于使用机器人3D打印(所谓的机器人定位)等附加工艺生产电路，并取得了巨大成功，但这现在正成为一个问题。使这种3D基板导电的金属颗粒正在加剧电子废物的问题，特别是鉴于新型一次性传感器，其中一些仅使用几天，因此产生的废物在未来可能会增加。Empa的纤维素和木质材料实验室负责人古斯塔夫·尼斯特罗姆认为，这构成了不必要的浪费:“迫切需要平衡电子性能、成本和可持续性的材料。”因此，为了开发一种环保墨水，尼斯特罗姆的团队设定了雄心勃勃的目标:无金属、无毒、可生物降解。考虑到实际应用:易于成型，对水分和适度热量稳定。
用碳和虫胶
研究人员选择了廉价的碳作为导电材料，正如他们最近在《科学报告》杂志上报道的那样。更准确地说:细长的石墨薄片与微小的煤烟颗粒混合在一起，在这些薄片之间建立了电接触——所有这些都在一个由众所周知的生物材料制成的基质中:虫胶，它是从介壳虫的排泄物中获得的。过去是用来做记录的；今天，除了别的以外，它还被用作木制乐器和手指甲的清漆。它的优点正好符合研究人员想要的轮廓。除此之外，它还能溶于酒精——一种廉价的溶剂，在涂上墨水后会蒸发，从而变干。
尽管有这些因素，任务证明是具有挑战性的。这是因为无论是用于简单的丝网印刷还是现代的3D打印机，墨水都必须表现出剪切变稀的行为:静止时，墨水是粘稠的。但是在印刷的时候，当它受到横向剪切力时，它会变得更有流动性——就像一种不滴落的墙漆，当受到滚筒的作用力时，它只会获得更软的稠度。然而，当用于添加剂制造，如用机械臂进行3D打印时，这就特别棘手:太粘稠的墨水会太坚韧——但如果在打印过程中变得太液态，固体成分可能会分离并堵塞打印机的微小喷嘴。
用于印刷电路的新型材料:距离3D打印机一厘米宽的两个测试立方体。背景中可以看到印刷的电子传感器。信用:真实应用的Empa测试
为了满足要求，研究人员对他们的墨水配方进行了大量的修改。他们测试了两种尺寸的石墨薄片:40微米和7到10微米长。石墨和炭黑的混合比例也需要许多变化，因为太多的炭黑会使材料变脆，随着墨水的干燥会带来破裂的风险。通过优化配方和组分的相对组成，该团队能够开发出几种可用于不同2D和3D打印过程的油墨变体。
“最大的挑战是实现高电导率，”参与研究的研究人员之一泽维尔·艾比(Xavier Aeby)说，“同时形成一个由碳、石墨和虫胶组成的凝胶状网络。”研究小组分几个步骤研究了这种材料在实践中的表现。例如，用一个微小的测试长方体:3D打印机的15个叠加网格——由直径只有0.4毫米的细股线制成。这表明这种墨水也足够用于诸如自动定位等要求苛刻的过程。
为了证明它对真实组件的适用性，研究人员构建了一个变形传感器:一个印刷有墨水结构的聚酯薄带，其电阻随着弯曲程度的不同而精确变化。此外，拉伸强度、水下稳定性和其他性能的测试显示了令人鼓舞的结果——因此研究小组相信，这种已经获得专利的新材料可以在实践中证明自己。“我们希望这种墨水系统可以用于可持续印刷电子产品的应用，”Gustav Nyströ说，“例如，智能包装和生物医学设备中的导电轨迹和传感器元件，或者食品和环境传感领域。”
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
