北京時(shí)間12月13日消息，為了突破柔版印刷解析度僅幾十微米的限制，MIT研究人員開發(fā)出一種新型的壓印材料，可搭配常見(jiàn)的電子油墨實(shí)現(xiàn)近1μm的解析度...
美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員在《Science Advances》期刊中發(fā)表最新研究成果——“利用奈米孔隙壓印實(shí)現(xiàn)超薄的高解析度柔版印刷”(Ultrathin high-resolution flexographic printing using nanoporous stamps)，重新探討柔版印刷技術(shù)，期望實(shí)現(xiàn)高解析度、低成本且大尺寸的印刷電子。
由于壓印期間的液體不穩(wěn)定性以及油墨擴(kuò)散等問(wèn)題，利用橡膠壓印的柔版印刷解析度通常受限于幾十微米；研究人員因而開發(fā)出一種新型的壓印材料，使其適用于搭配許多常見(jiàn)的電子油墨實(shí)現(xiàn)近1μm的解析度。
這種材料必須具有足夠大的孔隙，才能在以電子油墨潤(rùn)濕時(shí)容納膠體油墨顆粒，但又不能太大以避免對(duì)于印刷特性造成負(fù)面影響。此外，它還必須具有抗溶性以及機(jī)械相容性，才能形成均勻的接觸，而又極其耐用。
研究人員在微影圖案化的矽基板上生長(zhǎng)垂直排列的碳奈米管(CNT)，創(chuàng)造出99%多孔隙且可重覆的微結(jié)構(gòu)。在經(jīng)過(guò)不同的化學(xué)表面處理和適形pPFDA聚合物涂層后，印模即適用于此目的，支援毛細(xì)管驅(qū)動(dòng)的油墨載入，以及奈米級(jí)觸點(diǎn)介導(dǎo)的油墨轉(zhuǎn)移。
壓印微結(jié)構(gòu)的SEM影像，25μm x 25μm(左)；以及(右)該結(jié)構(gòu)陣列的光學(xué)和原子力顯微鏡影像，及其所取得的銀(Ag)印刷油墨圖案（來(lái)源：MIT）
接著在剛性和軟性基板上，研究人員為ZnO、WO3與CdSe/ZnS等各種不同功能的奈米粒子油墨印刷許多微米級(jí)圖案。其執(zhí)行時(shí)的解析度與印刷速度(0.2m/s)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于當(dāng)今業(yè)界所采用的技術(shù)。研究人員并在文中指出，如果將這一制程轉(zhuǎn)換為卷對(duì)卷制造，就可能讓低成本量產(chǎn)電子成為現(xiàn)實(shí)。
例如，MIT研究團(tuán)隊(duì)印刷了透明電極的導(dǎo)電網(wǎng)路——這是連接至LCD、LED、觸控螢?zāi)幻姘寤蛱?yáng)能電池等應(yīng)用的關(guān)鍵層。在利用蜂巢圖案化奈米多孔隙壓印的單一柔版印刷步驟中，研究人員能以相鄰孔隙之間至少3μm的線寬印刷薄層的Ag蜂巢圖案，并達(dá)到94%(從200-800nm)的透明度，以及3.6Ω/sq的電阻。印刷圖案表現(xiàn)出相當(dāng)均勻的奈米級(jí)厚度，大約從5至50nm。
最小內(nèi)部線寬為3μm的蜂巢結(jié)構(gòu)CNT壓印放大像。配合光學(xué)顯微鏡影像的機(jī)制顯示各種不同條件下的CNT壓印，干燥的、涂染油墨的以及溶劑蒸發(fā)后在玻璃基板上形成的印刷圖案。（來(lái)源：MIT）
壓印特性，以及線寬約20-150μm花狀圖案的印刷Ag NP油墨圖案(左下)光學(xué)影像圖。右邊是印刷QD油墨(CdSe/ZnS，5-6nm)圖案的螢光顯微鏡影像圖像，具有5μm的最小內(nèi)部線寬以及11μm的孔隙大小。（來(lái)源：MIT）
另一項(xiàng)展示是印刷膠體量子點(diǎn)油墨(CdSe/ZnS)，具有5μm的最小內(nèi)部線寬以及直徑11μm的孔隙尺寸。
為了確保精確的印刷，以及施加施加合適的印模壓力以實(shí)現(xiàn)纖薄均勻的結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種模型，考慮壓印和基底的粗糙度以及油墨中的奈米顆粒濃度。
在此研究中，印刷圖案的解析度可能受限于所使用的微影設(shè)備解析度，研究人員認(rèn)為，采用單壁CNT明顯較小(1-2nm)的直徑與間距，可望有助于將柔性印刷推向次微米的特性。
研究人員期，多層的卷對(duì)卷印刷途徑可望以低本的工業(yè)規(guī)模實(shí)現(xiàn)完整的電路與能量采集解決方案。其應(yīng)用領(lǐng)域包括從食品包裝上無(wú)所不在的感測(cè)器，到印刷在玻璃窗上的天氣監(jiān)測(cè)解決方案。
在整個(gè)印刷過(guò)程中，將油墨從奈米多孔壓印轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基板.
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