以色列研究人员开发出将导电电路3D打印到3D物体上的方法

dy1993   2017-04-21 10:00:49

2015年底,耶路撒冷的希伯来大学宣布开设一个新的3D打印中心。该中心主任是Shlomo Magdassi教授,他的创新研究究负责为以色列3D打印电子公司Nano Dimension的DragonFly 2020电路板3D打印机生产导电纳米油墨。近日,Magdassi教授和耶路撒冷的希伯来大学再次进入3D打印焦点,并对打印电子学进行了一些更为尖锐的研究。

近年来,在制作具有导电特性的3D结构方面,尤其是在物联网方面,已经有了很多的重点尝试。研究人员尝试将导电结构打印到3D物体上时出现的困难来自于底部的不均匀和复杂的形貌,这使得难以将液体沉积在表面上。基板必须面对要沉积的材料的喷嘴,并且一次只能打印一种材料,这显然是耗时的,并且有时可能会由于油墨不均匀而使其不再重现。

Magdassi教授及来自耶路撒冷希伯来大学和新加坡南洋理工大学的研究人员最近发表了一篇名为“3D结构中的水印导电图案”的高级材料技术文件。该论文介绍了使用水印技术的方法制造导电电路和图案。共同作者包括Professor Magdassi、Dr. Gabriel Saada、Avi Chernevousky、Dr. Michael Layani。

水印通常用于将图形设计打印到不平坦的表面上,主要用于汽车和装饰行业。这种技术可以克服前面提到的传输方法的困难,只需一步就可以从所有方面将整个图案打印到3D对象上。在该过程中不涉及聚合物层,因此导电材料可以直接沉积在彼此的顶部。

这一新战略有望受益于多种应用,包括软件机器人、生物医学设备、3D电子和用于通信的3D打印天线。

Magdassi教授说,“该方法有望在生物医学设备和物联网(IoT)领域取得重要应用。概念证明,在诸如瓶子和3D打印物体的弯曲表面上的水印可以通过近场通信(NFC)天线来实现。这是在最近的‘ReadSpot’项目的LOPE-C大会上提出的。”

根据论文显示,研究人员开发了一种利用银纳米粒子(NPs)墨水打印具有非常规角度的3D物体上的功能导电图案的水印方法。将NPS墨水打印在水溶性聚乙烯醇薄膜上,在室温下烧结是通过将打印图案暴露于盐酸烟雾来实现的。电路在低温(50°C)下的各种3D打印结构和材料上进行水印。导电图案是在90度角度的物体上进行水印,并且不存在牺牲层的组装,这允许逐层重叠水印。此外,电光发射二极管(LED)电路和加热器成功地被打印水印。为了显示该过程的适用性,研究人员将一个功能齐全的近场通信(NFC)天线水印到一个与智能手机成功配对的曲线对象上。水印图案的分析显示,电阻率比大多数应用中认为适合的银质体积高17.1倍。

这种突破性方法只需要几分钟时间,目前正在进行全光电3D设备水印实验。此外,研究团队发现,他们的方法也可以用来制造多层电路,只要重复这个过程即可。

延伸阅读:佐治亚理工学院科学家将3D打印与盐浸法结合制造出多孔和导电物体

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