L'elettronica stampata utilizza tecniche di stampa standard per produrre dispositivi elettronici su diversi substrati come vetro, film plastici, e carta. L'interesse in quest'area sta crescendo a causa della possibilità di creare circuiti più economici in modo più efficiente rispetto ai metodi convenzionali. Un nuovo studio dei ricercatori della Soonchunhyang University in Corea del Sud, pubblicato in I progressi dell'AIP , fornisce approfondimenti sulla lavorazione dell'inchiostro di nanoparticelle di rame con luce laser verde.

Kye-Si Kwon e i suoi colleghi hanno precedentemente lavorato con inchiostro a nanoparticelle d'argento, ma si sono rivolti al rame (derivato dall'ossido di rame) come possibile alternativa a basso costo. Gli inchiostri metallici composti da nanoparticelle hanno un vantaggio rispetto ai metalli sfusi a causa dei loro punti di fusione inferiori. Sebbene il punto di fusione del rame sia di circa 1, 083 gradi Celsius alla rinfusa, secondo Kwon, le nanoparticelle di rame possono essere portate al punto di fusione a soli 150-500 °C, attraverso un processo chiamato sinterizzazione. Quindi, possono essere uniti e legati insieme.

Il gruppo di Kwon si concentra sugli approcci fotonici per il riscaldamento delle nanoparticelle mediante l'assorbimento della luce. "Un raggio laser può essere focalizzato su un'area molto piccola, fino al livello micrometrico, " ha spiegato Kwon e il dottorando Md. Khalilur Rahman. Il calore del laser ha due scopi principali:convertire l'ossido di rame in rame e promuovere la congiunzione delle particelle di rame attraverso la fusione.

Per questi compiti è stato scelto un laser verde perché la sua luce (nell'intervallo di velocità di assorbimento della lunghezza d'onda da 500 a 800 nanometri) è stata ritenuta la più adatta all'applicazione. Kwon era anche curioso perché, a sua conoscenza, l'uso di laser verdi in questo ruolo non è stato segnalato altrove.

Nel loro esperimento, il suo gruppo ha utilizzato inchiostro di nanoparticelle di ossido di rame disponibile in commercio, che è stata centrifugata su vetro a due velocità per ottenere due spessori. Il, hanno precotto il materiale per asciugare la maggior parte del solvente prima della sinterizzazione. Ciò è necessario per ridurre lo spessore del film di ossido di rame e per prevenire esplosioni di bolle d'aria che potrebbero verificarsi dall'ebollizione improvvisa del solvente durante l'irradiazione. Dopo una serie di prove, Il team di Kwon ha concluso che la temperatura di precottura dovrebbe essere leggermente inferiore a 200 gradi C.

I ricercatori hanno anche studiato le impostazioni ottimali della potenza del laser e della velocità di scansione durante la sinterizzazione per migliorare la conduttività dei circuiti in rame. Hanno scoperto che i migliori risultati di sinterizzazione venivano prodotti quando la potenza del laser variava da 0,3 a 0,5 watt. Hanno anche scoperto che per raggiungere la conduttività desiderata, la velocità di scansione laser non deve essere superiore a 100 millimetri al secondo, o inferiore a 10 mm/s.

Inoltre, Kwon e il suo gruppo hanno studiato lo spessore del film, prima e dopo la sinterizzazione, e il suo impatto sulla conduttività. Kwon e il suo gruppo hanno concluso che la sinterizzazione riduce lo spessore fino al 74%.

In esperimenti futuri, Il team di Kwon esaminerà gli effetti del substrato sulla sinterizzazione. Presi insieme, questi studi possono fornire risposte ad alcune delle incertezze che ostacolano l'elettronica stampata.