Name: planar and three-dimensional printing of conductive inks
Uploaded: 2011-12-09T12:00:00
Duration: 10 min 49 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Planar and Three-Dimensional Printing of Conductive Inks at JoVE.com

وتستند هذه المادة على العمل بدعم من وزارة الطاقة الأميركية ، علوم وهندسة المواد شعبة (رقم جائزة DEFG - 02 - 07ER46471) ومركز بحوث الطاقة في وزارة الطاقة فاتح مواد التفاعلات في تحويل الطاقة (جائزة رقم DE - SC0001293 ) ، واستفاد من الوصول لمركز التحليل المجهري للمواد داخل مختبر أبحاث سيتز فريدريك المواد (FSMRL).

1. مقدمة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> هذا يدل على ورقة 1D ، 2D ، 3D والطباعة من microelectrodes الموصلة مباشرة عبر الكتابة التجميع. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> والكتابة المباشرة التجمع هو وسيلة لبناء ما يصل إلى 1D - 3D هياكل نشرته ترسب الأحبار تتركز من خلال فتحات دقيقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نظامنا يتكون من الكمبيوتر التي تسيطر عليها مرحلة الترجمة من 3 محاور ، وهي خزان الحبر وفوهة ، وعدسة تلسكوبية 10X للتصوير (الشكل 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> والكتابة المباشرة التجمع هو نهج الطباعة فتيلية الأحبار التي تتركز تنبثق من خلال الفتحات الاسطوانية ، التي بأقطار تتراوح 0،1 حتي 250 ميكرون (الشكل 2). على وجه الخصوص ، نظرا لخصائص الحبر اللزجة ، والكتابة المباشرة التجمع تمكن الدعم الذاتي ميزات الممتدة (الشكل 3). حتى الآن ، تم طائفة واسعة من الأحبار ، بما فيها تلك التي تتألف من السيراميك 6،7 ، 8-10 العضوية المعدنية 11-15 ، 16،17 البوليمرية ، وسول جل المواد 18،19وضعت لهذا النهج الطباعة (الشكل 4). </li></ol> 2. إعداد تتركز بشكل كبير أحبار جسيمات متناهية الصغر من الفضة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مستعدون الأحبار جسيمات متناهية الصغر من الفضة لأول مرة عن طريق تذويب مزيج من 5000 و 50000 من الوزن الجزيئي (حمض الاكريليك) بولي في خليط من الماء 50 غ و 40 غ الديثانولامين (فيديو 2.1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> البوليمر بمثابة عامل متوجا للسيطرة على حجم جزيئات الفضة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> المقبل ، يتم حقن محلول مائي من نترات الفضة في حل البوليمر. بعد ذلك ، يتم الحصول على الضوء الأصفر حل شفاف (فيديو 2.2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد التحريك لمدة 24 ساعة في درجة حرارة الغرفة ، والحل يتطور لون بني محمر (فيديو 2.3) ، التي تتزامن مع تشكيل الفضة النانوية قطرها 5 نانومتر ، على النحو الذي يحدده المجهر الإلكتروني انتقال العدوى. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> المقبلة ، sonicated الحل عند 65 درجة مئوية في حمام مائي لمدة 2 ساعة لمزيد من النمو الجسيمات (فيديو 2.4). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Afteص صوتنة ، يتم نقل الحل إلى الدورق 500 مل ويتم تبريده الى درجة حرارة الغرفة. إذن ، هو معاير 300 مل من الايثانول بمعدل 30 مل / دقيقة. منذ الإيثانول هو مذيب للفقراء (حمض الاكريليك) بولي متوجا وكيل والجزيئات يتخثر بسرعة ويعجل من حل (فيديو 2.5). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد الصب وطاف ، يتم جمع يعجل في أنبوب الطرد المركزي ، وطرد في 9000 دورة في الدقيقة لمدة 20 دقيقة (فيديو 2.6). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد هذه الخطوة ، يتم الحصول على جسيمات متناهية الصغر من الفضة الحبر تتركز بشكل كبير مع المواد الصلبة تحميل ٪ ~ وزن 85 (فيديو 2.7). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ويمكن تحقيق مزيد من السيطرة على معامل اللزوجة الحبر ومرونة عن طريق التخفيف ، تليها التجانس. للحصول على سبيل المثال ، يمكن أن تضاف إلى حل مرطب ، مثل جلايكول الإثيلين ، إلى الحبر ومتجانس ثم في 2000 دورة في الدقيقة لمدة 3 دقائق باستخدام خلاط التجانس Thinky. بعد هذه العملية ، يتم الحصول على الحبر موحد للون أرجواني مزرق ل(فيديو 2.8). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> صورة تظهر TEMجزيئات الفضة التي تم الحصول عليها بواسطة هذا الإجراء التوليف (الشكل 5_left). الجزيئات ويبلغ قطرها 20 نانومتر متوسط ​​مع توزيع حجم 50-50 نانومتر. تتطلب هياكل المطبوعة بعد الصلب لتعزيز الموصلية. بعد الصلب في 250 درجة مئوية لمدة تقل عن 30 دقيقة ، والفضة النانوية شكل microelectrodes موصل مع المقاومية الكهربائية تقترب من 10 -5 الطول • Ω (الشكل 5_bottom اليمين). يظهر تطور microstructural من microelectrodes الفضة المطبوعة بوصفها وظيفة من الصلب في درجات الحرارة في حق 5_top الشكل. كما يزيد من درجة حرارة 150 درجة إلى 550 درجة مئوية ، والخضوع لتكثيف microelectrodes مع انكماش حجمي ما مجموعه 30 ٪ ~ 11 </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> والريولوجيا الحبر ، والتي تعتمد بشدة على تحميل المواد الصلبة فيها ، ويحدد لها القابلية. الزيادات الحبر اللزوجة مع زيادة تحميل المواد الصلبة (الشكل 6). لأن الأحبار مع تمييع نتيجة اللزوجة المنخفضة في نشر الجانبية كبيرة ، concentrمطلوبة الأحبار ated مع تحميل المواد الصلبة التي تتراوح بين 70 الى 85 ٪ بالوزن للطباعة من خيوط الحبر المستوية والممتدة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الحبر معامل المرونة يزيد مع زيادة تحميل المواد الصلبة (الشكل 7). في المنطقة اللزجة الخطية ، ومعامل مرونة ترتفع نحو ثلاثة أوامر من حجم المواد الصلبة وتحميل زيادات 60-75 ٪ بالوزن. مطلوب معامل الحد الأدنى من المرونة باسكال عام 2000 إلى إنتاج ذاتي أو الممتدة دعم الميزات. </li></ol> 3. والكتابة المباشرة التجمع <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ويتم التجميع والكتابة المباشرة من قبل التحميل لأول مرة في الحبر للبرميل حقنة. بعد ربط فوهة الترسيب ، هي التي شنت الحبر محملة برميل حقنة على خشبة المسرح الطباعة من 3 محاور (فيديو 3.1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام برنامج كمبيوتر ، تصاميم التعسفي ، بما في ذلك الخطية ، يمكن أن تولد مستو ، ومعقدة ثلاثية الأبعاد هياكل يمكن بسهولة (فيديو 3.2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> المقبل ، يتم ضبط ارتفاع فوهة مع المعونة من عدسة التلسكوب مع تكبير 10X (فيديو 3.3). </lط&gt; <li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد تطبيق ضغط الهواء باستخدام تعمل بالطاقة نظام صرف السوائل ، ويترسب الحبر على الركيزة مع سرعة الطباعة للرقابة (فيديو 3.4). الضغط المطلوب يتوقف على الريولوجيا الحبر ، وفوهة قطرها ، وسرعة الطباعة ، ولكن مجموعة القيم النموذجية 1-10 رطل في 2-50 ميكرون / ثانية. يتم تنفيذ هذه الطباعة في الهواء عند درجة حرارة الغرفة. باستخدام هذا الإجراء الطباعة ، ويتجلى في طباعة microelectrodes الفضية في تخطيطات مختلفة الحجم والمقاييس. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> للحصول على سبيل المثال ، أظهرت الطباعة شبكات الفضة موصل مع تباعد خط الوسط إلى مركز من 100 ميكرون ، منقوشة من فوهة 5 ميكرون على ركيزة رقاقة السيليكون (فيديو 3.5). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بالإضافة إلى ذلك ، هذا الفيديو يوضح كيفية إنشاء هيكل اسطواني الجانب نسبة عالية من فوهة 30 ميكرون باستخدام أسلوب الطباعة طبقة تلو طبقة (الفيديو 3.6). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وعلاوة على ذلك ، وطباعة احادي من الفضة microelectrodes بين ركائز الزجاج اثنين يقابله ارتفاع 1 ملم ديويتجلى fference باستخدام فوهة 30 ميكرومتر (فيديو 3.7). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تماما قائمة بذاتها ، يمكن إنشاء microspikes الفضة المطبوعة عموديا بواسطة فوهة 30 ميكرومتر على ركيزة رقاقة سي (فيديو 3.8). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> أخيرا ، وهذا الفيديو يظهر الكتابة المباشرة لmicroelectrode الفضة الممتدة باستخدام فوهة 10 ميكرومتر (فيديو 3.9). يمكن لميزة طبعت تمتد لمسافات تصل إلى سنتيمتر واحد مع الحد الأدنى من تدلى أو التواء. </li></ol> 4. ممثل النتائج : قمنا بإعداد جسيمات متناهية الصغر من الفضة الأحبار عالية التركيز وأظهر ميزات طبعت في الأشكال المستوية موصل و 3D التطبيقات الالكترونية والكتروضوئي مع دقة الطباعة ~ 2-30 ميكرون. للحصول على مثال ، الشكل 8 يسلك دقة الطباعة لهذه التقنية. ويتم الحصول على ميزات العرض المطبوعة مع الحد الأدنى من القطب 2 ~ ميكرومتر (1.4 ميكرومتر سميكة) في تمريرة واحدة باستخدام فوهة 1 - 11 ميكرون. الشكل 9 تظهرق شفافة شبكات الفضة موصل ، منقوشة من فوهة 5 ميكرون على مرونة الفيلم بوليميد 12. النصوص المطبوعة تحت شبكات مرئية بوضوح. يمكن لهذه الشبكات فضية شفافة تكون بدائل جذابة للشفافية إجراء المواد (TCO) أكسيد. يتم أيضا تمكين الطباعة امتثالي الصعود إلى ركائز غير المستوية باستخدام هذا الأسلوب. الرقم 10 يدل على الطباعة امتثالي من هوائي صغير 3D كهربائيا. ويستخدم معدن 100 ميكرون فوهة لطباعة سطر أنماط تسكع على سطح الكرة الأرضية من الزجاج 13. هذا النهج قد تجد العديد من التطبيقات بما في ذلك زرع الهوائيات ويمكن ارتداؤها ، والإلكترونيات ، وأجهزة الاستشعار. وأثبتت تطبيقات microelectrodes الفضة الممتدة في ثلاثي الأبعاد الخلايا الكهروضوئية والثنائيات الباعثة للضوء (الشكل 11-14). أولا ، الشكل 11 مثال قذيفة كروية السيليكون. هذا الفيلم واهية ر 2 ميكرومتريمكن أن تكون الأسلاك hickness المستعبدين من دائرة خارجية عن طريق طباعة احادي 14. هذا الأسلوب يستخدم الحد الأدنى من ضغط الاتصال ، والذي هو مفيد جدا للأجهزة الحساسة. المقبل ، يوضح الشكل 12 مثال لطباعة ربط الممتدة لمجموعة السيليكون الشمسية في microcell التي يتم فصلها بواسطة السيليكون عناصر microribbon 33 ميكرون الفجوة 15. المقبل ، والفضة ويبين الشكل 13 ليربط الغاليوم زرنيخيد المستندة إلى مجموعة LED مع 4 - 4 - بواسطة بكسل ، حيث أن كل بيكسل (500 × 500 × 2.5 ميكرون 3) هو 200 ميكرومتر وبصرف النظر متباعدة 11. صورة أسفل يعرض مجموعة LED ، التي ينبعث منها ضوء أحمر موحدة تحت التحيز تطبيقها من 6 الخامس من بيكسل واحد. القدرة على طباعة أقطاب الممتدة يتيح الربط البيني متعدد الطبقات من دون استخدام طبقات دعم أو الذبيحه (صور أعلى). كما مظاهرة النهائي ، ويبين الشكل 14 SEM الصور لهيئة التصنيع العسكري 3D المعقدةroperiodic شعرية الفضة المطبوعة بواسطة فوهة 5μm. <img alt="الشكل 1" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig1.jpg" /> الشكل 1. الصور الضوئية لأجهزة الحبر مباشرة الكتابة. <img alt="الشكل 2" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig2.jpg" /> الشكل 2. الكتابة بالحبر مباشرة من ميزة فتيلية. <img alt="الشكل 3" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig3.jpg" /> الشكل 3. حبر الكتابة مباشرة من الدعم الذاتي ميزات الممتدة. <img alt="الشكل 4" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig4.jpg" /> الشكل 4. التصميمات الحبر للكتابة الحبر مباشرة. وقد وضعت مجموعة واسعة من الأحبار اللزجة تتركز حول كتابة مباشرة لهياكل 3D مستو ومعقدة مع ميزات الميكروسكيل. <img alt="الشكل 5" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig5.jpg" /> الشكل 5 (يسار) نقل الإلكترون المجهري (TEM) صورة جزيئات الفضة. (أعلى اليمين) SEM صور microelectrodes الفضة المنقوشة مع فوهة 15 ميكرومتر بوصفها وظيفة من الصلب في درجات الحرارة. (أسفل يمين) المقاومية الكهربائية للmicroelectrodes الفضة بوصفها وظيفة من الصلب درجة الحرارة والوقت. <img alt="الشكل 6" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig6.jpg" /> الشكل 6. اللزوجة واضح (η) من جسيمات متناهية الصغر من الفضة الأحبار بوصفها وظيفة من تحميل المواد الصلبة. <img alt="الرقم 7" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig7.jpg" /> الرقم 7. مرونة معامل القص (G &#39;) كدالة للإجهاد القص للأحبار جسيمات متناهية الصغر من الفضة الصلبة متفاوتة التحميل. <img alt="الشكل 8" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig8.jpg" /> الرقم 8. SEM الصور صفائف مستو من الفضة المنقوشة microelectrodesعلى رقاقة سيليكون مع فوهة 1 ميكرون. <img alt="الرقم 9" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig9.jpg" /> الرقم 9. الصور الضوئية لشبكات شفافة الفضة موصل (يسار) والصور SEM من شبكات المطبوع بوصفها وظيفة من خط الملعب (يمين). <img alt="الرقم 10" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig10.jpg" /> الرقم 10. الصور الضوئية ألقي القبض عليهم أثناء الطباعة امتثالي من الهوائيات الصغيرة كهربائيا على ركيزة زجاجية نصف كروية. <img alt="الرقم 11" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig11.jpg" /> الرقم 11. الصور الضوئية التي تم الحصول عليها من خلال الطباعة microelectrodes الفضة الممتدة على قذيفة رقيقة السيليكون (2 ميكرون) كروية. <img alt="الرقم 12" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig12.jpg" /> الرقم 12. SEM صورة microelectrode الفضة الممتدة السيليكون المطبوعة على ذلكلار microcell الصفيف. <img alt="الرقم 13" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig13.jpg" /> الرقم 13. الصور SEM (أعلى) ، والصورة البصرية (الأسفل) من قبل 4 - 4 مجموعة مترابطة من قبل شرائح LED microelectrodes الفضة. <img alt="الرقم 14" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig14.jpg" /> الرقم 14. SEM صورة شعرية 3D microperiodic الفضة.

<ol>
	<li>Chrisey, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+power+of+direct+writing.">The power of direct writing.</a> Science. 289, 879-881 (2000).</li><li>Sirringhaus, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution+inkjet+printing+of+all-polymer+transistor+circuits.">High-resolution inkjet printing of all-polymer transistor circuits.</a> Science. 290, 2123-2126 (2000).</li><li>Kim, R. -. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Waterproof+AllnGaP+optoelectronics+on+stretchable+substrates+with+applications+in+biomedicine+and+robotics.">Waterproof AllnGaP optoelectronics on stretchable substrates with applications in biomedicine and robotics.</a> Nat. Mater. 9, 929-937 (2010).</li><li>Lewis, J. A., Gratson, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+writing+in+three+dimensions.">Direct writing in three dimensions.</a> Mater. Today. 7, 32-39 (2004).</li><li>Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+ink+writing+of+3D+functional+materials.">Direct ink writing of 3D functional materials.</a> Adv. Funct. Mater. 16, 2193-2204 (2006).</li><li>Lewis, J. A., Smay, J. E., Stuecker, J., Cesarano, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+ink+writing+of+three-dimensional+ceramic+structures.">Direct ink writing of three-dimensional ceramic structures.</a> J. Am. Ceram. Soc. 89, 3599-3609 (2006).</li><li>Smay, J. E., Gratson, G. M., Shepherd, R. F., Sesarano, J., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directed+colloidal+assembly+of+3D+periodic+structures.">Directed colloidal assembly of 3D periodic structures.</a> Adv. Mater. 14, 1279-1283 (2002).</li><li>Therriault, D., White, S. R., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chaotic+mixing+in+three-dimensional+microvascular+networks+fabricated+by+direct-write+assembly.">Chaotic mixing in three-dimensional microvascular networks fabricated by direct-write assembly.</a> Nat. Mater. 2, 265-271 (2003).</li><li>Hansen, C. J., Wu, W., Toohey, K. S., Sottos, N. R., White, S. R., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-healing+materials+with+interpenetrating+microvascular+networks.">Self-healing materials with interpenetrating microvascular networks.</a> Adv. Mater. 21, 4143-4147 (2009).</li><li>Therriault, D., Shepherd, R. F., White, S. R., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fugitive+ink+for+direct-write+assembly+of+three-dimensional+microvascular+networks.">Fugitive ink for direct-write assembly of three-dimensional microvascular networks.</a> Adv. Mater. 17, 395-399 (2005).</li><li>Ahn, B. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Omnidirectional+printing+of+flexible,+stretchable,+and+spanning+silver+microelectrodes.">Omnidirectional printing of flexible, stretchable, and spanning silver microelectrodes.</a> Science. 323, 1590-1593 (2009).</li><li>Ahn, B. Y., Lorang, D. J., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transparent+conductive+grids+via+direct+writing+of+silver+nanoparticle+inks.">Transparent conductive grids via direct writing of silver nanoparticle inks.</a> Nanoscale. 3, 2700-2702 (2011).</li><li>Adams, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conformal+printing+of+electrically+small+antennas+on+three-dimensional+surfaces.">Conformal printing of electrically small antennas on three-dimensional surfaces.</a> Adv. Mater. 23, 1335-1340 (2011).</li><li>Guo, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-+and+three-dimensional+folding+of+thin+film+single-crystalline+silicon+for+photovoltaic+power+applications.">Two- and three-dimensional folding of thin film single-crystalline silicon for photovoltaic power applications.</a> PNAS. 106, 20149-20154 (2009).</li><li>Yoon, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrathin+silicon+solar+microcells+for+semitransparent,+mechanically+flexible+and+microconcentrator+module+designs.">Ultrathin silicon solar microcells for semitransparent, mechanically flexible and microconcentrator module designs.</a> Nat. Mater. 7, 907-915 (2008).</li><li>Gratson, G. M., Xu, M., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+writing+of+three-dimensional+webs.">Direct writing of three-dimensional webs.</a> Nature. 428, 386-386 (2004).</li><li>Lebel, L. L., Aissa, B., Khakani, M. A. E., Therriault, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultraviolet-assisted+direct-write+fabrication+of+carbon+nanotube/polymer+nanocomposite+microcoils.">Ultraviolet-assisted direct-write fabrication of carbon nanotube/polymer nanocomposite microcoils.</a> Adv. Mater. 22, 592-596 (2010).</li><li>Ahn, B. Y., Lorang, D. J., Duoss, E. B., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct-write+assembly+of+microperiodic+planar+and+spanning+ITO+microelectrodes.">Direct-write assembly of microperiodic planar and spanning ITO microelectrodes.</a> Chem. Commun. 46, 7118-7120 (2010).</li><li>Duoss, E. B., Twardowski, M., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sol-gel+inks+for+direct-write+assembly+of+functional+oxides.">Sol-gel inks for direct-write assembly of functional oxides.</a> Adv. Mater. 19, 3485-3489 (2007).</li><li>Salaita, K., Wang, Y. H., Mirkin, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+dip-pen+nanotechnology.">Application of dip-pen nanotechnology.</a> Nat. Nanotech. 2, 145-155 (2007).</li><li>Zhang, H., Lee, K. -. B., Li, Z., Mirkin, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biofunctionalized+nanoarrays+of+inorganic+structures+prepared+by+dip-pen+nanolithography.">Biofunctionalized nanoarrays of inorganic structures prepared by dip-pen nanolithography.</a> Nanotechnology. 14, 1113-1117 (2003).</li><li>Hung, S. -. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dip-pen+nanolithography+of+conductive+silver+traces.">Dip-pen nanolithography of conductive silver traces.</a> J. Phys. Chem. C. 114, 9672-9677 (2010).</li><li>Park, J. -. U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution+electrohydrodynamic+jet+printing.">High-resolution electrohydrodynamic jet printing.</a> Nat. Mater. 6, 782-789 (2007).</li><li>Schirmer, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+ejecting+colloids+against+capillarity+from+sub-micrometer+openings:+On-demand+dielectrophoretic+nanoprinting.">On ejecting colloids against capillarity from sub-micrometer openings: On-demand dielectrophoretic nanoprinting.</a> Adv. Mater. 22, 4701-4705 (2010).</li><li>Park, J. -. U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=electrofield+liquid+jets+for+high-resolution+printing+of+charge.">electrofield liquid jets for high-resolution printing of charge.</a> Nano. Lett. 10, 584-591 (2010).</li><li>Ghosh, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct-write+assembly+of+micro-periodic+silk+fibroin+scaffolds+for+tissue+engineering+applications.">Direct-write assembly of micro-periodic silk fibroin scaffolds for tissue engineering applications.</a> Adv. Funct. Mater. 18, 1883-1889 (2008).</li><li>Barry, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct-write+assembly+of+3D+hydrogel+scaffolds+for+guided+cell+growth.">Direct-write assembly of 3D hydrogel scaffolds for guided cell growth.</a> Adv. Mater. 21, 2407-2410 (2009).</li><li>Shepherd, J. N. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+microperiodic+hydrogel+scaffolds+for+robust+neuronal+cultures.">3D microperiodic hydrogel scaffolds for robust neuronal cultures.</a> Adv. Mater. 21, 47-54 (2011).</li><li>Wu, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct-write+assembly+of+biomimetic+microvascular+networks+for+efficient+fluid+transport.">Direct-write assembly of biomimetic microvascular networks for efficient fluid transport.</a> Soft. Matter. 6, 739-742 (2010).</li><li>Wu, W., DeConinck, A., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Omnidirectional+Printing+of+3D+Microvascular+Networks.">Omnidirectional Printing of 3D Microvascular Networks.</a> Adv. Mater. 23, H178-H183 (2011).</li></ol>

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

وتقتصر المناهج التقليدية الطباعة الحبرية مقرها ، مثل الطباعة النافثة للحبر ، إلى تلفيق أقطاب مستو مع الجانب نسبة منخفضة نظرا لطبيعة وتمييع اللزوجة المنخفضة للأحبار المستخدمة. في الآونة الأخيرة ، استخدمت تراجع من ركلة جزاء nanolithography (DPN) 20-22 والبريد طائرة 23-25 ​​الطباعة إلى ميزات نمط الموصلة. هذه الطرق تستخدم أيضا تمييع ، والأحبار اللزوجة منخفضة. تستخدم Pearton وزملاء العمل DPN إلى إيداع جسيمات متناهية الصغر من الفضة المتوفرة تجاريا الحبر في الكتابة بسرعة تصل إلى 1600 ق بعرض ميكرومتر -1 و سطر من حوالي 0.5 ميكرون 22. ومع ذلك ، تصنيع أنماط استنساخه في مناطق واسعة لم يتم حتى الآن أثبت هذا النهج. كما تم الأحبار جسيمات متناهية الصغر من الفضة التي أودعتها البريد الطباعة النفاثة لتشكيل آثار موصلة مع خط بعرض 1.5 ~ 25 ميكرون. ومع ذلك ، كما هو الحال مع الطباعة النافثة للحبر ، قد طبعت ملامح غير متجانسة تنشأ نتيجة لانخفاض تشكيل الأقمار الصناعية وغير موحدة قطرة دrying 24،25. كما تبين أعلاه ، والكتابة المباشرة التجمع من جسيمات متناهية الصغر من الفضة يتركز الأحبار يتغلب على هذه القيود من خلال نهج الطباعة فتيلية مقرا لها. هذه التقنية تمكن من تصنيع microelectrodes موصل مع الجانب نسب عالية (ح / ث ≈ 1.0) في واحد يمر السماح بإنشاء 1D ، 2D ، 3D وأبنية. حجم الميزات المطبوعة يعتمد على فوهة قطرها ، والحبر تحميل المواد الصلبة ، والضغوط التي مورست ، وسرعة الطباعة. حتى الآن ، وآثار صغيرة مثل موصل تم منقوشة ~ 2 ميكرون باستخدام فوهة 1 ميكرومتر بسرعات متواضعة (&lt;2 مم ق -1). بواسطة الخياطة تكوين فوهة الحبر والهندسة ، وسرعات الطباعة الأقصى ما يزيد على 10 سم -1 ق ممكنة. ومع ذلك ، طباعة عالية السرعة باستخدام الفتحات الدقيقة (&lt;5 ميكرومتر) لا يزال يشكل تحديا كبيرا. لشرح تطبيقات مباشرة والكتابة التجمع ، ونحن ملفقة الشبكات الموصلة ، شهوائيات صغيرة ectrically ، والخلايا الشمسية ، والضوء الثنائيات مع أقطاب المطبوعة المستوية والممتدة (الشكل 8-14). على وجه الخصوص ، لا يقتصر مقاربتنا لإنشاء هياكل معدنية. باستخدام تصاميم الحبر الأخرى ، مثل تلك القائمة على فبروين الحرير ، والأحبار هيدروجيل العضوية الهارب ، فقد وضعنا 3D السقالات وشبكات الاوعية الدموية الدقيقة للهندسة الأنسجة والخلايا عن طريق الثقافة والكتابة المباشرة التجمع 26-30. التطلع نحو المستقبل ، وهناك العديد من الفرص والتحديات. مزيد من التقدم يتطلب التصاميم حبر جديدة ، وتحسين نمذجة ديناميكية تدفق الحبر ، وتعزيز النظم الروبوتية والسيطرة عليها. منطقة واسعة لتصنيع هياكل 1D 3D مع إنتاجية عالية والقرار النانو (&lt;100 نانومتر) لا يزال يشكل تحديا كبيرا.

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tr><td> اسم الكاشف </td><td> شركة </td><td> فهرس العدد </td><td> تعليقات </td></tr><tr><td> بولي (حمض الاكريليك) </td><td> Polysciences ، وشركة </td><td> 06519 </td><td> 5000 ميجاوات ز / مول </td></tr><tr><td> بولي (حمض الاكريليك) </td><td> Polysciences ، وشركة </td><td> 00627 </td><td> 50000 ميجاوات ز / مول </td></tr><tr><td> نترات الفضة </td><td> سيغما الدريخ </td><td> 209139 </td><td> مصدر الفضة </td></tr><tr><td> الديثانولامين </td><td> سيغما الدريخ </td><td> D8885 </td><td> المذيب / تخفيض الوكيل </td></tr><tr><td> الاثيلين غليكول </td><td> سيغما الدريخ </td><td> 102466 </td><td> مرطب </td></tr><tr><td> Sonicater </td><td> فيشر العلمية </td><td> FS30H </td><td> -- </td></tr><tr><td> الطرد المركزي </td><td> بيكمان كولتر </td><td> أفانتي TM J - 25 I </td><td> -- </td></tr><tr><td> المرحلة الروبوتية </td><td> Aerotech شركة </td><td> ABL 900010 </td><td> 3 محاور الحركة </td></tr><tr><td>حقنة للبرميل </td><td> شركة EFD </td><td> 5109LBP - B </td><td> 3 مل </td></tr><tr><td> فوهة </td><td> شركة EFD </td><td> -- </td><td> ID = 0،1 حتي 250 ميكرون </td></tr><tr><td> موزع </td><td> شركة EFD </td><td> 800 </td><td> الهواء بالطاقة </td></tr><tr><td> تصميم البرمجيات </td><td> مصممة خصيصا </td><td> -- </td><td> شو مينغ جيه </td></tr></table>

planar and three-dimensional printing of conductive inks

الالكترونيات المطبوعة تعتمد على منخفضة التكلفة ، وطرق تصنيع واسعة لإنشاء منطقة الالكترونية مرنة أو متعدد الأبعاد ، الكتروضوئي ، والأجهزة الطبية الحيوية 1-3. في هذه الورقة ، ونحن نركز على واحد (1D) ، واثنين من (2D) ، وثلاثية الأبعاد (3D) من أحبار الطباعة المعدنية الموصلة في شكل microelectrodes مرنة ، للمط ، والممتدة. مباشرة والكتابة 4،5 التجمع هو أسلوب الطباعة إلى 1 - 3D التي تتيح للتصنيع من الميزات التي تتراوح بين خطوط بسيطة إلى الهياكل المعقدة التي ترسب الأحبار تتركز من خلال الفتحات الدقيقة (~ 0،1 حتي 250 ميكرون). هذا الأسلوب الطباعة يتكون من مرحلة الكمبيوتر التي تسيطر عليها الترجمة من 3 محاور ، وهي خزان الحبر وفوهة ، وعدسة تلسكوبية 10X عن التصور. على عكس الطباعة النافثة للحبر ، وهي عملية الحبرية ومقرها المباشر والكتابة التجميع ينطوي على قذف خيوط الحبر سواء داخل أو خارج الطائرة. وشعيرات المطبوعة تتفق عادة على حجم الفوهة. Hencه ، ويمكن منقوشة ميزات الميكروسكيل (&lt;1 ميكرون) ، وتجميعها في صفائف أكبر وأبنية متعددة الأبعاد. في هذه الورقة ، ونحن لأول مرة تجميع جسيمات متناهية الصغر من الفضة عالية التركيز حبر الطباعة المستوية و 3D مباشرة عبر الكتابة التجميع. المقبل ، ويتجلى بروتوكول قياسي لmicroelectrodes الطباعة في الأشكال المتعددة الأبعاد. أخيرا ، ويسلط الضوء على تطبيقات microelectrodes المطبوعة لهوائيات صغيرة كهربائيا ، والخلايا الشمسية ، والثنائيات التي تشع ضوءا.

Watch this Scientific Journal Video about Planar and Three-Dimensional Printing of Conductive Inks at JoVE.com

Planar and Three-Dimensional Printing of Conductive Inks

يوصف الطباعة المستوية وثلاثي الابعاد من الأحبار موصل معدني. نهجنا يوفر سبلا جديدة لافتعال الإلكترونية المطبوعة ، الكتروضوئي ، والأجهزة الطبية الحيوية في تخطيطات غير عادية في microscale.

مستو وثلاثي الابعاد من أحبار الطباعة موصل

Printed electronics rely on low-cost, large-area fabrication routes to create flexible or multidimensional electronic, optoelectronic, and biomedical ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy

ثلاثي الأبعاد البصرية الميكروسكوب الضوئي الاستبانة

Optical microscopy, providing valuable insights at the cellular and organelle levels, has been widely recognized as an enabling biomedical technology. As ...

Alginate Hydrogels for Three-Dimensional Organ Culture of Ovaries and Oviducts

ألجينات الهلاميات المائية للثقافة الجهاز ثلاثي الأبعاد من المبيضين وناقلة البيضات

Ovarian cancer is the fifth leading cause of cancer deaths in women and has a 63% mortality rate in the United States1. The cell type of origin for ...

Investigating the Three-dimensional Flow Separation Induced by a Model Vocal Fold Polyp

التحقيق في فصل التدفق ثلاثي الأبعاد الناجم عن نموذج بوليب أضعاف الصوتية

The fluid-structure energy exchange process for normal speech has been studied extensively, but it is not well understood for pathological conditions. ...

Human Cartilage Tissue Fabrication Using Three-dimensional Inkjet Printing Technology

الغضروف الإنسان الأنسجة التصنيع باستخدام ثلاثي الأبعاد تكنولوجيا الطباعة النافثة للحبر

Bioprinting, which is based on thermal inkjet printing, is one of the most attractive enabling technologies in the field of tissue engineering and ...

Analysis of Cell Migration within a Three-dimensional Collagen Matrix

تحليل الهجرة خلية داخل الكولاجين مصفوفة ثلاثية الأبعاد

The ability to migrate is a hallmark of various cell types and plays a crucial role in several physiological processes, including&#160;embryonic ...

Generation of a Three-dimensional Full Thickness Skin Equivalent and Automated Wounding

جيل من سمك ثلاثي الأبعاد الجلد كامل أي ما يعادل واصابة الآلي

In vitro models are a cost effective and ethical alternative to study cutaneous wound healing processes. Moreover, by using human cells, these models ...

Preparation and Analysis of In Vitro Three Dimensional Breast Carcinoma Surrogates

Preparation and Analysis of In Vitro Three Dimensional Breast Carcinoma Surrogates

إعداد وتحليل<em&gt; في المختبر</em&gt; ثلاثة الثدي الأبعاد سرطان البدائل

Three dimensional (3D) culture is a more physiologically relevant method to model cell behavior in vitro than two dimensional culture. Carcinomas, ...

Engineering Three-dimensional Epithelial Tissues Embedded within Extracellular Matrix

الأنسجة الطلائية الهندسة ثلاثي الأبعاد جزءا لا يتجزأ من داخل خارج الخلية مصفوفة

The architecture of branched organs such as the lungs, kidneys, and mammary glands arises through the developmental process of branching morphogenesis, ...

Characterizing Cell Migration Within Three-dimensional In Vitro Wound Environments

Characterizing Cell Migration Within Three-dimensional In Vitro Wound Environments

وصف الهجرة الخلية في إطار ثلاثي الأبعاد في المختبر الجرح البيئات

Currently, most in vitro models of wound healing, such as well-established scratch assays, involve studying cell migration and wound closure on ...

Culturing Mammalian Cells in Three-dimensional Peptide Scaffolds

استزراع خلايا الثدييات في السقالات ببتيد ثلاثي الأبعاد

A useful technique for culturing cells in a self-assembling nanofiber three-dimensional (3D) scaffold is described. This culture system recreates an ...