Zastosowanie ciekłych stopów metali w druku 3D giętkiej elektroniki

Badacze z Oregon State University’s College of Engineering opracowali metodę druku przestrzennych struktur z elastycznego stopu galu, który jest zdolny do przewodzenia prądu. Stanowi to znaczący krok w kierunku opracowania technologii szybkiej produkcji giętkich urządzeń elektronicznych – elastycznych ekranów czy miękkich robotów.

W artykule opublikowanym na łamach magazynu Advanced Materials Technologies naukowcy z Oregonu opisują metodę druku wysokich struktur o różnych kształtach ze stopu galu, który bardzo dobrze przewodzi prąd elektryczny. Ze względu na przewodnictwo, ale też niską toksyczność, niewysoką cenę i zdolność do „samonaprawiania” (self-healing) stopy galu są już wykorzystywane do produkcji elastycznych urządzeń elektronicznych. Do tej pory ciekłe stopy metali wykorzystywano jednak tylko do drukowania dwuwymiarowych obwodów elektrycznych.

Nowa metoda umożliwia drukowanie także struktur przestrzennych. Do galinstanu (stopu galu, indu i cyny (łac. stannum), który jest m.in. nietoksycznym zamiennikiem miedzi w termometrach) dodano nanocząstki niklu i otrzymano pastę o konsystencji odpowiedniej do wytwarzania przyrostowego. Żeby otrzymać odpowiednią konsystencję mieszaniny poddano ją sonikacji, czyli działaniu ultradźwięków.

Pasta z galinstanu i nanocząstek niklu wykazuje właściwości elektryczne bardzo zbliżone do czystego metalu i zachowuje elastyczność. Żeby zademonstrować, że pasta nadaje się do tworzenia struktur przestrzennych, skorzystano z taniej desktopowej drukarki Anet A8 wyposażonej w specjalnie zaprojektowaną głowicę. Wydrukowane struktury miały do 10 mm wysokości i ok. 20 mm średnicy. Wykazały się (ograniczoną) odpornością na wstrząsy i zmianę pozycji, choć dość łatwo rozpływały się pod naciskiem.

Twórcy wynalazku, w tym kierownik prac Yiğit Mengüç, nie kryją entuzjazmu i wskazują na szerokie zastosowanie elastycznych przewodników: tkaniny z wbudowanymi obwodami elektrycznymi, giętkie ekrany, czujniki naprężenia, inteligentnej odzieży (ang. wearable devices), anteny czy sensory biomedyczne. Nowa technologia może umożliwić względnie szybkie i tanie tworzenie urządzeń o zaawansowanej architekturze.

Teraz naukowcy z Oregonu planują zbadać dokładniej jaka jest struktura elementów wydrukowanych z pasty oraz jak zmieniają się jej właściwości z biegiem czasu. Zależy im żeby nowa technologia zastosowała zastosowania praktyczne – Doğan Yirmibeşoğlu, jeden ze współtwórców, uważa niedługo może być zastosowana do tworzenia miękkich robotów, działających od razu po wydrukowaniu, a wręcz zdolnych do samodzielnego wyjścia z drukarki 3D.

źródła: today.oregonstate.edu, onlinelibrary.wiley.com