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

חומר זה מבוסס על עבודה נתמכת על ידי משרד האנרגיה של ארה&quot;ב, חומרים מדעים והנדסה אגף (מס &#39;פרס DEFG-02-07ER46471) ואת האנרגיה DOE מרכז המחקר על אור חומרים אינטראקציות המרת אנרגיה (פרס מס&#39; DE-SC0001293 ), ואת יתרון מן גישה המרכז Microanalysis של חומרים בתוך זייץ פרידריך חומרים במעבדת המחקר (FSMRL).

1. הקדמה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מסמך זה מדגים את 1D, 2D, 3D והדפסה של microelectrodes מוליך דרך הרכבה ישיר לכתוב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ישיר לכתוב הרכבה היא שיטה של ​​בניית 1D-to-3D מבנים מודפסים על ידי בתצהיר של דיו מרוכז דרך חרירי בסדר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המערכת שלנו כוללת שלב מבוקרת מחשב 3 צירים תרגום, מאגר דיו זרבובית, עדשה טלסקופית 10x הדמיה (איור 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ישיר לכתוב הרכבה היא גישה הדפסה filamentary שבו הדיו מרוכזת נמתחים דרך חרירי גלילי, אשר בקטרים ​​טווח 0.1-250 מיקרומטר (איור 2). יש לציין, בשל המאפיינים דיו viscoelastic, ישיר לכתוב הרכבה מאפשר תכונות פורש תמיכה עצמית (איור 3). עד היום, מגוון רחב של דיו, כולל אלה מורכב קרמיקה 6,7, 80-10 אורגני, מתכתי 11-15, פולימריים 16,17, ו - סול ג&#39;ל 18,19 חומרים כברגישה זו פותחה עבור הדפסה (איור 4). </li></ol> 2. הכנת דיו nanoparticle מרוכז מאוד כסף <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דיו nanoparticle כסף מוכנים ידי הראשון המסת תערובת של 5,000 ו -50,000 משקל מולקולרי של (חומצה אקרילית) פולי בתערובת של מים 50 גרם ו 40 גרם diethanolamine (וידאו 2.1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפולימר משמש סוכן מכסת לשלוט על גודל של חלקיקי כסף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בשלב הבא, בתמיסה מימית של כסף חנקתי מוזרק לתוך פתרון הפולימר. אחרי כן, פתרון אור צהוב שקוף מתקבל (וידאו 2.2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר ערבוב במשך 24 שעות בטמפרטורת החדר, הפתרון מפתחת בצבע חום אדמדם (וידאו 2.3), אשר עולה בקנה אחד עם הקמתה של חלקיקי כסף בקוטר של 5 ננומטר, כפי שנקבע על ידי מיקרוסקופית אלקטרונים הילוכים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בשלב הבא, הפתרון הוא sonicated על 65 מעלות צלזיוס באמבט מים במשך 2 שעות לצמיחה חלקיק נוסף (וידאו 2.4). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> After sonication, הפתרון הוא להעביר כוס 500 מ&quot;ל ו מקורר לטמפרטורת החדר. ואז, 300 מ&quot;ל של אתנול הוא טיטרציה בשיעור של 30 מ&quot;ל / דקה. מאז אתנול הוא ממיס עניים (חומצה אקרילית) את פולי מכסת סוכן, חלקיקים במהירות להקריש ולהאיץ מפתרון (וידאו 2.5). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר decanting supernatant, המשקע נאסף לתוך צינור צנטריפוגות ו centrifuged בסל&quot;ד 9000 למשך 20 דקות (וידאו 2.6). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר שלב זה, nanoparticle מרוכז מאוד כסף דיו עם מוצקים טעינה של 85% ~ wt מתקבל (וידאו 2.7). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בקרה נוספת על צמיגות הדיו מודולוס אלסטיות יכולה להיות מושגת על ידי דילול, ואחריו homogenization. לדוגמה, פתרון humectant, כגון אתילן גליקול, ניתן להוסיף את הדיו, ומעורים אז בסל&quot;ד 2000 למשך 3 דקות בעזרת מערבל homogenization Thinky. לאחר תהליך זה, דיו אחיד של צבע כחלחל מגנטה מתקבל (וידאו 2.8). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תמונת TEM מראהכסף חלקיקים מתקבל על ידי הליך זה סינתזה (איור 5_left). חלקיקים בעלי קוטר ממוצע של 20 ננומטר עם הפצה בגודל של 50-50 ננומטר. מבנים מודפסים דורשים שלאחר חישול כדי לשפר את המוליכות שלהם. לאחר חישול ב 250 מעלות צלזיוס במשך דקות פחות מ 30, את חלקיקי כסף טופס microelectrodes מוליך עם התנגדות חשמלית מתקרב ל 10 Ω • -5 ס&quot;מ (איור 5_bottom ימין). האבולוציה microstructural של microelectrodes כסף מודפס כפונקציה של חישול בטמפרטורה מוצג נכון 5_top איור. ככל שהטמפרטורה עולה מ - ° 150-550 ° C, microelectrodes עוברים densification עם הצטמקות נפח כולל של 30% ~ 11. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Rheology דיו, אשר מאוד תלוי הטעינה שלה מוצקים, קובע printability שלה. צמיגות הדיו עולה עם הגדלת טעינת מוצקים (איור 6). מכיוון לדלל דיו עם תוצאה צמיגות נמוכה מתפשטת לרוחב משמעותי, concentrצבעי ated עם טעינת מוצקים החל 70 עד 85% wt נדרשים לשם הדפסה של סיבים דיו מישוריים פורש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הדיו אלסטי מודול הטעינה עולה עם הגדלת מוצקים (איור 7). באזור viscoelastic ליניארי, מודולוס אלסטיות עולה כמעט שלושה סדרי גודל כמו מוצקים הטעינה עולה 60-75 wt%. מודולוס אלסטיות מינימלית של 2000 אבא נדרש לייצר תמיכה עצמית או פורש תכונות. </li></ol> 3. ישיר לכתוב הרכבה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ישיר לכתוב ההרכבה מתבצעת על ידי הראשון טעינת דיו לתוך חבית מזרק. לאחר הצמדת זרבובית בתצהיר, דיו טעון את הקנה מזרק הוא רכוב על הבמה 3-ציר הדפסה (וידאו 3.1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעזרת תוכנת מחשב, עיצובים שרירותי, כולל ליניארי, מישוריים, ומורכב תלת ממדי מבנים ניתן להפיק בקלות (וידאו 3.2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בשלב הבא, גובה זרבובית מותאם בעזרת עדשת הטלסקופ עם זום 10x (וידאו 3.3). </li&gt; <li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר הפעלת לחץ באמצעות מערכת אוויר המופעל מחלק נוזל, הדיו מופקד על המצע עם מהירות הדפסה מבוקר (וידאו 3.4). הלחץ הנדרש תלוי rheology דיו, קוטר הנחיר, ומהירות ההדפסה, אבל ערכים טיפוסיים טווח 1-10 psi ב 2-50 מיקרומטר / s. הדפסה זו מבוצעת באוויר בטמפרטורת החדר. באמצעות הליך זה דפוס, הדפסת כסף microelectrodes פריסות שונות קשקשים גודל מודגם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לדוגמה, הדפסה של רשתות כסף מוליך עם ריווח מרכז אל מרכז קו של 100 מיקרומטר, בדוגמת על ידי זרבובית 5 מיקרומטר על מצע פרוסות סיליקון הוא הוכיח (וידאו 3.5). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בנוסף, סרטון זה מראה כיצד ליצור היבט יחס גבוה מבנה גלילי על ידי זרבובית 30 מיקרומטר בשיטה שכבה אחר שכבה הדפסה (וידאו 3.6). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יתר על כן, הדפסה omnidirectional של microelectrodes כסף בין שני מצעים זכוכית בקיזוז גובה 1 מ&quot;מ difference מודגם באמצעות זרבובית 30 מיקרומטר (וידאו 3.7). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חינם לגמרי עומד, microspikes כסף מודפס במאונך ניתן ליצור על ידי זרבובית 30 מיקרומטר על מצע פרוסות סיליקון Si (וידאו 3.8). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבסוף, וידאו זה מראה כתיבה ישירה של microelectrode כסף פורש באמצעות זרבובית 10 מיקרומטר (וידאו 3.9). התכונה מודפס יכולה להקיף למרחקים של עד סנטימטר אחד עם צניחת מינימלי או קריסה. </li></ol> 4. נציג תוצאות: הכנו nanoparticle דיו מרוכז מאוד כסף מודפס הפגינו תכונות מוליכי מוטיבים מישוריים ו 3D עבור יישומים אלקטרוניים ו אופטו עם רזולוציית ההדפסה ~ 2-30 מיקרומטר. לדוגמה, איור 8 מציג את רזולוציית הדפסה של טכניקה זו. תכונות מודפסים עם אלקטרודה רוחב מינימלי של ~ 2 מיקרומטר (1.4 מיקרומטר עבה) מתקבלים אחד לעבור באמצעות זרבובית 1-11 מיקרומטר. איור 9 להראותרשתות של כסף מוליך שקוף, בדוגמת ידי נחיר 5 מיקרומטר על גמישה הסרט polyimide 12. הטקסטים מתחת רשתות מודפס גלויים לעין. אלו רשתות כסף שקוף יכול להיות חלופות אטרקטיביות עבור שקוף (TCO) חומרים ניצוח תחמוצת. הדפסה על Conformal שאינו מישורי מצעים מופעלת גם באמצעות שיטה זו. איור 10 ממחיש את דפוס קונפורמי של אנטנה קטנה חשמלית 3D. 100 מתכת זרבובית מיקרומטר משמש להדפיס נפתול קו דפוסים על פני השטח של כוס חצי הכדור 13. גישה זו ניתן למצוא מספר יישומים, כולל אנטנות, אלקטרוניקה מושתלת לביש, וחיישנים. יישומים של microelectrodes כסף פורש בשלושה מימדי photovoltaics ו דיודות פולטות אור הם הפגינו (איור 11-14). ראשית, איור 11 הוא דוגמה פגז כדורי סיליקון. זה סרט עדין עם t-2 מיקרומטרhickness יכול להיות חוט קשור המעגל החיצוני ידי הדפסת omnidirectional 14. שיטה זו משתמשת בלחץ קשר מינימלי, וזה יתרון מאוד עבור מכשירים עדינים. בשלב הבא, איור 12 מראה דוגמה הדפסת הקישוריות פורש עבור מערך סולארי microcell סיליקון סיליקון שבו אלמנטים microribbon מופרדות פער 33-15 מיקרומטר. בשלב הבא, איור 13 מראה כסוף חיבורים עבור גליום ארסניד מבוססי LED מערך עם 4-by-4 פיקסלים, כאשר כל פיקסל (500 x 500 x 2.5 מיקרומטר 3) הוא 200 מיקרומטר במרווחים זה מזה 11. התמונה התחתונה מציגה את מערך LED, פולטות אור אדום אחיד תחת הטיה מיושם של V 6 מתוך פיקסל בודד. היכולת להדפיס אלקטרודות פורש מאפשר חיבור multilayer ללא שימוש בשכבות תמיכה או ההקרבה (תמונות למעלה). כמו הפגנה הסופי, איור 14 מראה SEM תמונות מיקרופון 3D מורכביםסריג roperiodic כסף מודפס על ידי זרבובית 5μm. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig1.jpg" /> באיור 1. תמונה אופטי מנגנון דיו ישיר בכתב. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig2.jpg" /> באיור 2. כתיבה בדיו ישיר של תכונה filamentary. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig3.jpg" /> באיור 3. כתיבה בדיו ישיר של תמיכה עצמית תכונות פורש. <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig4.jpg" /> איור 4. העיצובים דיו לכתיבה דיו ישיר. מגוון רחב של צבעי viscoelastic מרוכז פותחו עבור כתיבה ישירה של 3D מבנים מישוריים ומורכב עם תכונות microscale. <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig5.jpg" /> איור 5. (משמאל) במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים (TEM) תמונה של חלקיקי כסף. (מימין למעלה) SEM תמונות של microelectrodes כסף עם הדפס של זרבובית 15 מיקרומטר כפונקציה של חישול בטמפרטורה. (מימין למטה) התנגדות חשמלית של כסף microelectrodes כפונקציה של חישול בטמפרטורה זמן. <img alt="איור 6" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig6.jpg" /> איור 6. צמיגות לכאורה (η) של דיו nanoparticle כסף כפונקציה של טעינת מוצקים. <img alt="איור 7" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig7.jpg" /> איור 7. שאר אלסטי מודולוס (G &#39;) כפונקציה של מתח גזירה עבור צבעי nanoparticle כסף משתנה טעינת מוצקים. <img alt="איור 8" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig8.jpg" /> איור 8. SEM תמונות של מערכים מישוריים של microelectrodes כסף בדוגמתעל פרוסות סיליקון Si עם זרבובית 1-מיקרומטר. <img alt="איור 9" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig9.jpg" /> איור 9. תמונה אופטי של רשתות כסף מוליך שקוף (משמאל) תמונות SEM של רשתות מודפס כפונקציה של גובה קו (מימין). <img alt="איור 10" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig10.jpg" /> איור 10. תמונה אופטי שנתפסו במהלך ההדפסה קונפורמי של אנטנות קטנות חשמלית על מצע זכוכית חצי כדור. <img alt="איור 11" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig11.jpg" /> איור 11. תמונה אופטי שהושגו במהלך הדפסה של כסף microelectrodes פורש על מעטפת סיליקון דק (2-מיקרומטר) כדורית. <img alt="איור 12" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig12.jpg" /> איור 12. SEM תמונה של microelectrode כסף פורש מודפס על גבי סיליקון, כדיlar microcell המערך. <img alt="איור 13" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig13.jpg" /> איור 13. SEM תמונות (למעלה) ו תמונה אופטי (התחתון) של 4-4-על ידי מערך השבבים מחוברים ביניהם על ידי LED microelectrodes כסף. <img alt="איור 14" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig14.jpg" /> איור 14. SEM תמונה של הסריג כסף 3D microperiodic.

<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>

אין ניגודי אינטרסים הכריז.

קונבנציונלי אגל מבוססי גישות הדפסה, כגון הדפסה הזרקת דיו, מוגבלים ייצור של אלקטרודות מישוריים עם יחס נמוך בשל אופי לדלל ואת צמיגות נמוכה של דיו בשימוש. לאחרונה, לטבול עט nanolithography (DPN) 20-22 ו-e-סילון הדפסה 23-25 ​​שימשו תכונות דפוס מוליך. מסלולים אלה גם להעסיק לדלל, דיו צמיגות נמוכה. Pearton ועמיתים לעבודה השתמשו DPN להפקיד nanoparticle זמינים מסחרית דיו כסף על לכתוב במהירויות של עד 1600 רוחבי -1 קו של מיקרומטר של כ 0.5 מיקרומטר 22. עם זאת, ייצור של תבניות לשחזור פני שטחים גדולים טרם שמפגינים גישה זו. Nanoparticle צבעי כסף יש גם הופקדו על ידי הדפסת דואר סילון כדי ליצור עקבות מוליך עם רוחב קו של 1.5 מיקרומטר ~ 25. עם זאת, כמו דיו להדפסה, מודפס תכונות הומוגניות שעלולות להתעורר עקב היווצרות טיפת לווין לא אחידה ירידה דrying 24,25. כפי שהודגם לעיל, ישיר לכתוב הרכבה של דיו nanoparticle מרוכז כסף מתגבר על מגבלות אלה באמצעות גישה filamentary מבוססי דפוס. טכניקה זו מאפשרת ייצור של מוליכים microelectrodes עם היבט ratios גבוהה (H / W ≈ 1.0) ב יחיד עובר המאפשר יצירה של 1D, 2D, 3D ו - ארכיטקטורות. גודלו של התכונות מודפס תלוי בקוטר זרבובית, מוצקים טעינת דיו, הלחץ המופעל, ומהירות ההדפסה. עד כה, עקבות מוליך קטן כמו ~ 2 מיקרומטר כבר בדוגמת באמצעות זרבובית 1 מיקרומטר במהירויות צנוע (&lt;2 s -1 מ&quot;מ). על ידי התאמת הרכב דיו וגיאומטריה זרבובית, מהירויות הדפסה מקסימלית העולה על 10 ס&quot;מ -1 s אפשריים. עם זאת, הדפסה במהירות גבוהה של שימוש חרירי קנס (&lt;5 מיקרומטר) עדיין מהווה אתגר משמעותי. כדי להדגים יישומים של הרכבה ישיר לכתוב, אנו מפוברק רשתות מוליכים, אלאנטנות קטנות ectrically, תאים סולריים, וגם דיודות פולטות אור עם אלקטרודות מודפס מישוריים פורש (איור 8-14). יש לציין, הגישה שלנו אינה מוגבלת ליצירת מבנים מתכתיים. באמצעות עיצובים דיו אחרים, כגון אלו המבוססים על fibroin משי, הידרוג ודיו אורגני נמלט, בנינו פיגומים 3D ורשתות כלי הדם של הנדסת רקמות והתרבות תאים באמצעות ישיר לכתוב הרכבה 26-30. במבט לעתיד, ישנן הזדמנויות רבות ואתגרים. התקדמות נוספת דורשים עיצובים דיו חדש, דוגמנות טובה יותר של הדינמיקה זרימת הדיו, מערכות רובוטיות ובקרה משופרת. שטח גדול ייצור של 1D למבנים 3D עם תפוקה גבוהה ורזולוציה ננומטרי (&lt;100 ננומטר) עדיין מהווה אתגר משמעותי.

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tr><td> שם מגיב </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגי </td><td> תגובות </td></tr><tr><td> פולי (חומצה אקרילית) </td><td> Polysciences, Inc </td><td> 06519 </td><td> MW 5000 g / mol </td></tr><tr><td> פולי (חומצה אקרילית) </td><td> Polysciences, Inc </td><td> 00627 </td><td> 50,000 MW g / mol </td></tr><tr><td> כסף חנקתי </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 209139 </td><td> כסף מקור </td></tr><tr><td> Diethanolamine </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> D8885 </td><td> מרכך / צמצום סוכן </td></tr><tr><td> אתילן גליקול </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 102466 </td><td> Humectant </td></tr><tr><td> Sonicater </td><td> פישר סיינטיפיק </td><td> FS30H </td><td> - </td></tr><tr><td> סרכזת </td><td> Beckman Coulter </td><td> אוואנטי TM J-25 אני </td><td> - </td></tr><tr><td> רובוטית הבמה </td><td> Aerotech בע&quot;מ </td><td> ABL 900010 </td><td> 3 ציר תנועה </td></tr><tr><td>מזרק לחבית </td><td> חברת EFD </td><td> 5109LBP-B </td><td> 3 מ&quot;ל </td></tr><tr><td> זרבובית </td><td> חברת EFD </td><td> - </td><td> id = 0.1-250 מיקרומטר </td></tr><tr><td> מנפק </td><td> חברת EFD </td><td> 800 </td><td> מזגן מופעל </td></tr><tr><td> עיצוב תוכנה </td><td> אישית מעוצבת </td><td> - </td><td> Mingjie שו </td></tr></table>

planar and three-dimensional printing of conductive inks

אלקטרוניקה מודפסים להסתמך על עלות נמוכה, שטח גדול נתיבי ייצור ליצור אלקטרוניים גמישים או רב ממדית, אופטו, והתקנים ביו 1-3. במאמר זה, נתמקד אחד (1D), שני (2D), והוא תלת מימדי (3D) הדפסת דיו מתכתי מוליך בצורה של microelectrodes גמישה, stretchable ו פורש. ישיר לכתוב הרכבה 4,5 היא טכניקה 1-to-3D הדפסה המאפשרת ייצור של תכונות הנעות בין קווים פשוטים כדי מבנים מורכבים על ידי בתצהיר של דיו מרוכז דרך חרירי בסדר (~ 0.1-250 מיקרומטר). זו שיטת ההדפסה מורכב בשלב 3-ציר מבוקרת מחשב התרגום, מאגר דיו זרבובית, עדשה טלסקופית 10x להדמיה. בניגוד דיו להדפסה, תהליך רביב מבוססת, ישיר לכתוב הרכבה כרוך שחול של סיבים דיו או בתוך או מחוץ למטוס. חוטים מודפס בדרך כלל להתאים את גודל נחיר. Hencדואר, תכונות microscale (&lt;1 מיקרומטר) יכול להיות בדוגמת ו התאספו לתוך מערכים גדולים ארכיטקטורות רב ממדית. במאמר זה, אנחנו הראשונים לסנתז nanoparticle מרוכז מאוד כסף דיו להדפסה מישוריים ו 3D באמצעות הרכבה ישיר לכתוב. בשלב הבא, פרוטוקול סטנדרטי עבור microelectrodes הדפסה מוטיבים ממדי מודגם. לבסוף, יישומים של microelectrodes מודפס עבור אנטנות קטנות חשמלית, תאים סולריים, וגם דיודות פולטות אור מודגשים.

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

הדפסה מישוריים תלת ממדי של דיו מתכתי מוליך מתואר. הגישה שלנו מספק אפיקים חדשים אלקטרוניים מודפסים בודה, אופטו, והתקנים ביו פריסות יוצא דופן בבית microscale.

הדפסה מישוריים תלת ממדי של דיו מוליך

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

תלת ממדית ברזולוציה אופטית photoacoustic מיקרוסקופית

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

אלגינט הידרוג לתרבות תלת ממדי איברים של השחלות Oviducts

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

חקירת הפרדת הזרימה התלת מימדית הנגרמת על ידי מודל פוליפ קיפול ווקאלי

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

ייצור רקמת סחוס אנושי באמצעות שלושה ממדי הזרקת דיו טכנולוגיית הדפסה

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

ניתוח של נדידת תאים בתוך קולגן מטריקס תלת ממדי

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

דור של עור בעובי מלא תלת ממדי Equivalent ואוטומטי פציעה

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

הכנה וניתוח של<em&gt; במבחנה</em&gt; שלושה שד ממדי המחליפים קרצינומה

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

הנדסה תלת מימדי רקמות אפיתל Embedded בתוך מטריקס

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

אפיון נדידת תאים בתוך תלת מימדי במבחנה פצע סביבות

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

Culturing בתרבית של תאים בפפטיד תלת מימדי פיגומים

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