Una collaborazione di ricerca tra l'Università di Amburgo e DESY ha sviluppato un processo adatto alla stampa 3D che può essere utilizzato per produrre circuiti elettronici trasparenti e meccanicamente flessibili. L'elettronica è costituita da una maglia di nanofili d'argento che possono essere stampati in sospensione e incorporati in varie plastiche flessibili e trasparenti (polimeri). Questa tecnologia può consentire nuove applicazioni come diodi emettitori di luce stampabili, celle solari o strumenti con circuiti integrati, come riportano sulla rivista Tomke Glier dell'Università di Amburgo e i suoi colleghi Rapporti scientifici . I ricercatori stanno dimostrando le potenzialità del loro processo con un condensatore flessibile, tra l'altro.

"Lo scopo di questo studio era di funzionalizzare polimeri stampabili in 3D per diverse applicazioni, " riferisce Michael Rübhausen del Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), una collaborazione tra DESY, l'Università di Amburgo e la Società Max Planck. "Con il nostro nuovo approccio, vogliamo integrare l'elettronica nelle unità strutturali esistenti e migliorare i componenti in termini di spazio e peso." Il professore di fisica dell'Università di Amburgo ha guidato il progetto insieme al ricercatore DESY Stephan Roth, che è anche professore al Royal Institute of Technology di Stoccolma. Utilizzando la brillante luce a raggi X della sorgente luminosa di ricerca PETRA III di DESY e altri metodi di misurazione, il team ha analizzato con precisione le proprietà dei nanofili nel polimero.

"Al centro della tecnologia ci sono i nanofili d'argento, che formano una maglia conduttiva, " spiega Glier. I fili d'argento sono tipicamente spessi diverse decine di nanometri (milionesimi di millimetro) e lunghi da 10 a 20 micrometri (millesimi di millimetro). L'analisi dettagliata ai raggi X mostra che la struttura dei nanofili nel polimero è non cambiato, ma che la conduttività della rete migliora anche grazie alla compressione da parte del polimero, poiché il polimero si contrae durante il processo di polimerizzazione.

I nanofili d'argento vengono applicati su un substrato in sospensione ed essiccati. "Per ragioni di costo, l'obiettivo è ottenere la massima conduttività possibile con il minor numero di nanofili possibile. Ciò aumenta anche la trasparenza del materiale, " spiega Roth, capo della stazione di misura P03 presso la sorgente di luce a raggi X di DESY PETRA III, dove si sono svolte le indagini radiografiche. "In questo modo, strato per strato, può essere prodotto un percorso o una superficie conduttiva." Un polimero flessibile viene applicato alle piste conduttive, che a sua volta può essere coperto con piste conduttive e contatti. A seconda della geometria e del materiale utilizzato, vari componenti elettronici possono essere stampati in questo modo.

In questo documento, i ricercatori hanno prodotto un condensatore flessibile. "In laboratorio, abbiamo eseguito le singole fasi di lavoro in un processo di stratificazione, ma in pratica possono essere successivamente trasferiti completamente su una stampante 3D, " spiega Glier. "Tuttavia, l'ulteriore sviluppo della tecnologia di stampa 3D convenzionale, che di solito è ottimizzato per i singoli inchiostri da stampa, è fondamentale anche per questo. Nei processi a getto d'inchiostro, gli ugelli di stampa potrebbero essere ostruiti dalle nanostrutture, " nota Rübhausen.

Nel passaggio successivo, i ricercatori ora vogliono testare come la struttura dei percorsi conduttivi fatti di nanofili cambia sotto stress meccanico. "Quanto bene tiene insieme la rete metallica durante la piegatura? Quanto rimane stabile il polimero, " disse Roth, riferimento a domande tipiche. "L'indagine a raggi X è molto adatta per questo perché è l'unico modo in cui possiamo esaminare il materiale e analizzare i percorsi conduttivi e le superfici dei nanofili".