Подход с использованием трафаретной печати для создания складных схем может упростить и удешевить массовое производство многих функциональных устройств.
Метод, сочетающий в себе композитные и металлические краски для трафаретной печати, может упростить и удешевить производство складной электроники в промышленных масштабах. Эти устройства, разработанные в KAUST, могут быть установлены на различных опорах, включая неплоские поверхности, и могут использоваться во многих приложениях Интернета вещей.
Технологии следующего поколения, такие как автомобильные радары для беспилотных автомобилей, интеллектуальные здания и носимые датчики, будут в большей степени зависеть от высокочастотного диапазона миллиметровых волн, включая 5G. На сегодняшний день крупномасштабные производственные подходы к созданию складной электроники сосредоточены на разработке металлических чернил и печати проводящих рисунков и упускают из виду диэлектрические подложки.
Существовал ряд препятствий к использованию таких подложек, как бумага и некоторые полимерные пленки, в складной электронике. Эти подложки включают процессы изготовления, которые слишком ограничены и сложны для массового производства и не могут производить многослойные или ультратонкие гибкие устройства. У них также есть диэлектрические потери, превышающие требования для устройств миллиметрового диапазона.
Атиф Шамим и его коллеги разработали композитные чернила, состоящие из керамических частиц, диспергированных в полимере акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС). Они использовали эти новые чернила для создания чрезвычайно гибких диэлектрических подложек большой площади с настраиваемыми поперечными размерами, толщиной и диэлектрической проницаемостью. Они наносили краску методом трафаретной печати на стекло и после высыхания просто снимали подложку/ Подложки имели минимальную толщину в несколько микрон, которую можно было увеличить за счет последовательных проходов печати. Они также показали низкие диэлектрические потери на уровне 28 гигагерц, что подходит для антенн 5G.
Исследователи нанесли трафаретную печать чернил на основе серебряных нанопроволок на диэлектрические подложки для создания проводящих рисунков. Пленки с рисунком сохраняли высокие и стабильные электрические характеристики при свертывании или складывании пополам — благодаря полимерному связующему, присутствующему в чернилах. Кроме того, они сохранили свои характеристики при включении в четырехслойную схему, состоящую из чередующихся слоев с металлическим рисунком и диэлектрических слоев. Это говорит о том, что краски для трафаретной печати могут использоваться в многослойных структурах, таких как многослойные печатные платы и автомобильные радары.
В качестве доказательства концепции исследователи напечатали гибкую квази-Яги-антенну на диэлектрической подложке, чтобы показать, что устройство хорошо работает в миллиметровом диапазоне при изгибе или складывании. «Наш подход будет полезен для новых антенн 5G и ускорит внедрение 5G», — говорит постдок Вэйвэй Ли.
В настоящее время команда изучает потенциальные применения своего подхода к другим электронным устройствам. Ли говорит, что обе краски совместимы с рулонной обработкой, что может помочь удовлетворить высокий спрос на носимые датчики при низких затратах. «Мы ожидаем, что затраты на изготовление будут чрезвычайно низкими, поскольку устройства станут одноразовыми», — говорит Шамим.
Дополнительная информация: Вэйвэй Ли и др., Складная электроника на основе полимеров и нанопроводов с трафаретной печатью для миллиметровых волн, Advanced Materials Technologies (2021). DOI: 10.1002 / admt.202100525
Иллюстрация: Композитные чернила, состоящие из керамических частиц, диспергированных в полимере, могут упростить и удешевить производство складных электронных устройств в промышленных масштабах. Предоставлено: КАУСТ; Хасан Тахини
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК