Cотрудниками Университета Уэйк-Форест представлен простой метод напыления электродов на различные подложки. Учёные использовали обычный лазерный принтер, тонер и проводящие чернила. Предполагается, что эта технология существенно упростит внедрение гибких электродов в производство.
Развитие индустрии электроники требует постоянного поиска новых технологий, в частности в области создания электродов для таких устройств. Высокая стоимость используемых материалов (электроды чаще всего сделаны из благородных металлов), дорогостоящее изготовление и обработка электродов, произведённых традиционным образом, препятствуют повсеместному масштабированию технологии, а потребность в опасных химических веществах в технологическом процессе серьёзно ограничивает их применение в промышленных условиях.
Органическая электроника – это целый класс устройств, работа которых основана на проводимости органических материалов [1]. К основным устройствам органической электроники относятся солнечные батареи, светодиоды, транзисторы. Благодаря свойствам органических проводников такие материалы отличаются лёгкостью и гибкостью, они дешевы и легкоизготавливаемы. Уже сейчас они находят применение при создании «носимой» (вшитой в одежду) и одноразовой электроники, создании солнечных батарей, дисплеев для OLED-телевизоров, био-интегрированных приложений и много другого.
В работе сотрудников Университета Уэйк-Форест представлен простой метод напыления электродов на шаблон на основе обычного лазерного принтера, тонера и проводящих чернил на бумаге [1]. Новый метод «аэрозольной лазерной литографии» является легко воспроизводимым, с помощью него можно создавать электроды любой геометрии на практически любых материалах.
В ходе такой «лазерной литографии» на бумажной подложке создали органический тонкоплёночный транзистор (в качестве диэлектрического слоя был использован тонкий полимерный лист).
Изначально лазерным принтером был напечатан шаблон (синим тонером). Сверху на шаблон аэрозолем напылялись проводящие чернила (в составе чернил использовали разные проводники: графит, никель и серебро). После предварительного разогрева напечатанный шаблон вымывался ацетоном. В результате на подложке оставался массив электродов (Рисунок 1). Описанный процесс выполняется при комнатных условиях, что делает его легкореализуемым.
Рисунок1. Процесс получения электродного шаблона с помощью лазерного принтера
Для полученных образцов (Рисунок 2) исследовали, как изменяется сопротивление электрода при повторяющемся сгибе: складывании и разворачивании. Так, сопротивление графитовых электродов уменьшилось на 85% после 300 циклов, возможно из-за того, что графитовые хлопья приняли более компактное расположение. Сопротивление серебряных электродов наоборот увеличилось в полтора раза из-за деформации и некоторых трещин, образующихся в пленках. Возможно этот результат звучит не впечатляюще, но на практике эти электроды оказались намного устойчивее к деформациям, чем электроды, напечатанные другими способами [2,3,4].
Рисунок 2. Оптическая и сканирующая электронная микроскопия изображений контактных паттернов аэрозольной литографии, 200 мкм (a), 10 мкм (b)
Важнейшим преимуществом электродов на бумаге является их компактность: они мало весят и занимают маленькую площадь при складывании. Метод был успешно применен для изготовления различных типов электродных материалов (из графита, серебра и никеля). Все электроды показали стабильную устойчивость к изгибу радиусом 3.25 мм, что подтверждает потенциал их применения в электронике. Эта технология может стать недорогой альтернативой современным методам изготовления электродов для гибких электронных устройств.
Материал подготовлен на основе статьи:
Harper, A.F., Diemer, P.J. & Jurchescu, O.D. Contact patterning by laser printing for flexible electronics on paper. npj Flex Electron 3, 11 (2019)
Список используемых источников:
1. https://phys.msu.ru/rus/about/sovphys/ISSUES-2016/06(122)-2016/25255/
2. Siegel, A. C. et al. Foldable printed circuit boards on paper substrates. Adv. Funct. Mater. 20, 28–35 (2010).
3. Tai, Y.-L. & Yang, Z.-G. Fabrication of paper-based conductive patterns for flexible electronics by direct-writing. J. Mater. Chem. 21, 5938 (2011).
4. Tai, Y.-L. & Yang, Z.-G. Fabrication of paper-based conductive patterns for flexible electronics by direct-writing. J. Mater. Chem. 21, 5938 (2011).
