電子印刷新突破 高性能可打印電子設備成為可能

材料牛注：如果你在關注材料行業，那么你應該不會對“導電油墨”這個名詞感到陌生。但是事實上導電油墨的流動性比較大，打印出來的分辨率并不理想。幸運的是，最近麻省理工學院的研究人員開發了一種新的印刷技術，敲開了高性能可打印電子設備的大門。

食品包裝上打印保質期的方式已經太過時了。在未來，食品標簽內置的傳感器不僅會告訴你食品變質的時間，而且還會判別你儲存的方式是否正確。某些商品可能還會提供給你一份詳細的營養數據。這一切都要得益于可印刷電子產品的迅速發展。目前，麻省理工學院的研究人員發明了一種印刷工藝，把不可能變為了現實，例如發電服裝和智能手術縫合線。

當代技術和機械工程的副教授A. John Hart說：“市場對可打印電子設備有巨大的需求，需要大量便宜、能提供計算和交互功能的電子設備。”

雖然一些研究人員一直在研究導電噴墨和橡膠沖壓技術，但是這些技術的結果卻不甚理想。因為在小尺寸上難以控制油墨流動，印刷常常出現模糊、咖啡環或者不完整電路的問題。

Hart說：“這些問題導致現有的印刷工藝有巨大的局限性，影響印刷層的特征尺寸和厚度大小。對于某些具有特殊電性能或光性能的晶體管或薄膜來說，這些特性是十分重要的。”

為了開發快速、有效的印刷工藝，麻省理工學院的團隊嘗試采用納米技術。納米多孔膜保證了納米顆粒或油墨的均勻分布，可以得到比傳統橡膠印刷更高的分辨率。

研究人員通過在硅表面生長碳納米管來制作各種圖案的印模，然后用薄的聚合物涂覆納米管。這樣做有兩個目的：確保含有納米顆粒（如銀、氧化鋅和半導體量子點）的油墨能均勻滲透，同時防止納米管在壓印后收縮。

由于沖壓油墨時施加的壓力值是確保精確高分辨率圖案的關鍵，研究人員開發了一個模型來測量需要的壓力值，以確保油墨層在每個基板上均勻分布。利用這些信息，他們建立了一個印刷機來模仿工業化和測試過程。盡管由于印刷機管筒的限制，模擬印刷速度仍然可以與現有工業印刷速率相媲美。

Hart說：“盡管受到打印系統中電機的限制，我們仍然可以做到每秒200mm的打印速度，這已經與工業打印速度相差無幾。再加上我們打印的分辨率提高了十倍，這結果讓人十分滿意。”重要的是，研究人員還發現印刷圖案具有高導電性，可以應用在許多方面如高性能透明電極。

Hart說:“我們新的印刷工藝是獲得高性能、可打印電子產品（包括晶體管、光學功能表面和傳感器）的支持技術。”他的團隊還將致力于新技術和二維材料如石墨烯的整合，持續開發新的超薄電子設備和能量轉換裝置。

原文鏈接：Turning the potential of electronic printables into a real breakthrough.

文獻鏈接：Ultrathin high-resolution flexographic printing using nanoporous stamps.

本文由材料人編輯部丁菲菲提供素材，張雨翻譯，王子鳴審核，點我加入材料人編輯部。

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