可打印电子

下次您下订单咖啡，想象到你去杯拍贴纸作为电子的贴花，让你知道你三杯无泡杯拿铁咖啡的精确温度。总有一天，产生这种贴纸的高科技冲压可能也给我们带来食品包装的显示数字的倒数来警告的溺爱农产品或甚至一个窗口窗格，其中显示一天的预测，基于测量的外的天气情况。

在麻省理工学院的工程师发明了快速、 精确的印刷流程，这可能会使这种电子的表面廉价的现实。在一篇论文发表在科学进展，研究人员报告他们制作了一张邮票，由森林能够打印电子油墨刚性和柔性表面的碳纳米管。

A.约翰哈特，在当代科学技术和机械工程在麻省理工学院，三井的职业生涯发展副教授说团队的冲压过程应该能够打印足够小的晶体管来控制单个像素的高分辨率显示和触摸屏。新的印刷技术还可以提供相对便宜、 快速的方式制造电子表面还未知应用程序。

哈特说，”那里是打印的是极其便宜但提供简单的计算和交互功能的电子设备的巨大需求，”。”我们新的印花工艺是一种有利的高性能的、 充分的印刷电子产品，包括晶体管、 光学功能曲面和无处不在的传感器技术”。

桑金，在麻省理工学院的机械工程与化学工程系博士后是第一作者，和哈特是资深作者。他们共同的作者是机械工程研究生 Hossein Sojoudi、 Hangbo 赵、 Dhanushkodi Mariappan;加雷思 · 麦金利，工程学院教授的教学创新;和卡伦 · 格里森，化学工程与麻省理工学院的教授副教务长。

从微小的钢笔刺戳

近几年来打印电子表面使用喷墨印刷和橡胶冲压技术，但模糊的结果，已经其他尝试。因为这种技术很难控制在很小的规模，他们倾向于产生”咖啡环”在哪里油墨溢出边界，或不均匀的打印的模式可以导致不完整的电路。

哈特说，”有现有的印刷工艺，在他们拥有的特征尺寸和打印层厚度控制的关键限制，”。”为晶体管或薄膜有特殊的电气或光学性质类似，这些特性是非常重要的。

哈特和他的团队试图打印电子更确切地说，通过设计”纳米”邮票。（想象是更比橡胶海绵状和缩成一个手指甲大小的小指，比人类头发的宽度小得多的图案特色邮票）。他们的理由的邮票应该是多孔的以便解决纳米粒子，或”墨水，”要均匀流动通过邮票，无论表面上是要打印。以这种方式设计，邮票应实现比传统橡胶邮票印刷、 柔性版印刷被称为分辨率高得多。

金和哈特偶然发现完美的材料，以创建其高度详细的邮票︰ 碳纳米管 — — 碳原子，安排在汽缸强、 镜板。哈特的组拥有专业从事种植森林可以设计成高度详细的邮票的精心控制模式的垂直对齐纳米碳管。

哈特说，”它是有点偶然到高分辨率打印的电子解决方案利用我们在多年制作碳纳米管的背景，”。”森林的碳纳米管可以转移油墨表面像大量的小笔羽毛笔”。

印刷电路，卷的卷

若要使他们的邮票，研究人员使用组以前开发的技术生长碳纳米管在各种模式，包括蜂窝状六角形和花形设计中的硅表面上。涂上 （由格里森集团开发） 一薄的聚合物层的碳纳米管，以确保油墨会穿透整个碳纳米管森林和碳纳米管不会萎缩后油墨盖章。然后他们注入体积小的含纳米粒子的银、 锌氧化物或半导体量子点的电子油墨邮票。

打印小、 精确、 高分辨率的模式的关键在于杜绝油墨施加压力。团队开发了一个模型来预测的必要邮票甚至一层油墨到基片上，给出的邮票和衬底，粗糙度和纳米颗粒的浓度在油墨中的力的大小。

生产规模扩大，Mariappan 建立了一个印刷的机器，包括电动的滚筒，并附加到它各种柔性衬底。研究人员固定到平台上，附加到春天，它们用于控制力用于按对基板邮票每一枚邮票。

哈特说，”这将是一个连续的工业过程，在那里你会有一张邮票和滚子，而你却要像线轴的塑料薄膜或专门为电子产品，纸打印，衬的底”。”我们发现，由我们在打印系统中使用的电机有限，我们就可以打印在 200 毫米 / 秒，连续，这已经是竞争率的工业印刷技术。加上在我们证明，是令人鼓舞的印刷分辨率提高十倍”。

后烫金油墨的各种设计模式，该小组测试打印的模式的电导率。后退火，或加热，经过冲压设计 — — 激活电子功能的一个常见步骤 — — 打印的图案并确实高传导性，可以作为，例如，高性能透明电极。

展望未来，哈特和他的团队计划追求完全印刷电子的可能性。

哈特说，”另一个令人兴奋的下一步是与 2-D 的材料，如石墨烯，在一起可以启用新的超薄电子和能量转换设备，我们印刷技术的融合”。

这项研究部分，由美国国家科学基金会和麻省理工学院能源倡议支持。