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

Этот материал основан на работе поддержке Министерства энергетики США, материаловедение и инжиниринга (решение № DEFG-02-07ER46471) и Министерства энергетики энергетических исследований Центра по световой Материалы взаимодействия в Energy Conversion (решение № DE-SC0001293 ), а также извлекли выгоду из доступа к Центр Микроанализ материалов в рамках Фредерик Зейтц Материалы научно-исследовательская лаборатория (FSMRL).

<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>

Нет конфликта интересов объявлены.

Обычные капли печати на базе подходов, таких как струйная печать, ограничиваются изготовления плоских электродов с низким соотношением сторон из-за разбавления природы и низкой вязкости чернил используется. В последнее время ближнего пера нанолитографии (ДПН) 20-22 и электронной струйной печати 23-25 ​​были использованы для картины проводящих функций. Эти маршруты также использовать разбавленный, низкой вязкости чернил. Pearton и его сотрудники использовали ДПН внести имеющиеся в продаже чернила наночастиц серебра на скорость записи до 1600 мкм с -1 и ширины линий около 0,5 мкм 22. Тем не менее, изготовление воспроизводимые модели на больших площадях до сих пор не демонстрирует такой подход. Серебряные чернила наночастицы были также сданы на хранение электронной струйной печати для формирования проводящих трассы с линией шириной ~ 1,5 мкм 25. Однако, как и струйной печати, неоднородные печатные возможности могут возникнуть в связи с образованием спутниковой падение и неравномерное падение гнении 24,25. Как было показано выше, прямое и записи сборки концентрированных чернил наночастиц серебра преодолевает эти ограничения через нитевидные-печать подход. Эта методика дает возможность изготовления проводящих микроэлектродов с высокой пропорции (ч / б ≈ 1,0) в одном проходит позволяя создавать 1D, 2D, и 3D-архитектур. Размер печатной функций зависит от диаметра сопла, загрузка твердых чернил, приложенного давления и скорость печати. На сегодняшний день проводящих следы размером до ~ 2 мкм были узорной использованием 1 мкм сопла при скромных скоростях (&lt;2 мм с -1). По пошиву состав чернил и сопла геометрия, максимальная скорость печати свыше 10 см -1 с, возможно. Тем не менее, высокая скорость печати с использованием тонких форсунок (&lt;5 мкм) остается серьезной проблемой. Для демонстрации применения прямой записи собраний, были изготовлены проводящие сетки, эльectrically небольших антенн, солнечных батарей, и светоизлучающих диодов с плоскими и охватывает печатные электроды (рис. 8-14). Примечательно, что наш подход не ограничивается созданием металлических конструкций. Использование других конструкций чернил, такие, как те, которые основаны на шелке фиброина, гидрогель и летучие органические краски, мы построили 3D леса и микрососудистых сетей для тканевой инженерии и клеточной культуре посредством прямой записи сборки 26-30. Глядя в будущее, Есть много возможностей и проблем. Дальнейшее развитие требует новых конструкций чернил, лучше моделирования динамики потока чернил и улучшенные роботов и систем управления. Большой площади изготовления 1D до 3D структур с высокой пропускной способностью и наноразмерных разрешение (&lt;100 нм) остается серьезной проблемой.

<table border="1"><tr><td> Название реагента </td><td> Компания </td><td> Номер по каталогу </td><td> Комментарии </td></tr><tr><td> Поли (акриловая кислота) </td><td> Polysciences, Inc </td><td> 06519 </td><td> мВт 5000 г / моль </td></tr><tr><td> Поли (акриловая кислота) </td><td> Polysciences, Inc </td><td> 00627 </td><td> MW 50000 г / моль </td></tr><tr><td> Нитрат серебра </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 209139 </td><td> Серебряный источник </td></tr><tr><td> Диэтаноламин </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> D8885 </td><td> Растворитель / Восстановитель </td></tr><tr><td> Этиленгликоль </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 102466 </td><td> Увлажнитель </td></tr><tr><td> Sonicater </td><td> Fisher Scientific </td><td> FS30H </td><td> - </td></tr><tr><td> Центрифуга </td><td> Beckman Coulter </td><td> Аванти ТМ J-25 я </td><td> - </td></tr><tr><td> Роботизированная этапе </td><td> Aerotech ООО </td><td> ABL 900010 </td><td> 3-оси движения </td></tr><tr><td>Шприц баррель </td><td> EFD ООО </td><td> 5109LBP-B </td><td> 3 мл </td></tr><tr><td> Сопло </td><td> EFD ООО </td><td> - </td><td> ID = 0,1 - 250 мкм </td></tr><tr><td> Диспенсер </td><td> EFD ООО </td><td> 800 </td><td> Пневматический </td></tr><tr><td> Дизайн программного обеспечения </td><td> Специально разработанная </td><td> - </td><td> Mingjie Сюй </td></tr></table>

planar and three-dimensional printing of conductive inks

Печатная электроника полагаться на недорогой, большой площади маршрутов изготовления для создания гибких или многомерных электронных, оптоэлектронных и биомедицинских устройств 1-3. В данной работе мы ориентируемся на один-(1D), двух-(2D) и трехмерных (3D) печати проводящих металлизированных красок в виде гибкого, эластичного и охватывающих микроэлектродов. Прямая запись сборки 4,5 является 1-к-3D печать техника, которая позволяет изготовление функций, начиная от простых линий до сложных структур осаждения концентрированных чернил через мелкие сопла (~ 0,1 - 250 мкм). Этот метод печати состоит из управляемых компьютером 3-осевой перевод этапе, резервуар чернил и сопла, и 10-кратным телескопическим объективом для визуализации. В отличие от струйной печати, капли процесс, основанный, прямая запись сборки включает в себя выдавливание краски нитями либо в или вне плоскости. Печатные нити обычно соответствуют размер сопла. Hencе, микромасштабной функций (&lt;1 мкм), могут быть составлены по образцу и собраны в более крупные массивы и многомерные архитектур. В этой статье мы впервые синтезировать высококонцентрированных чернила наночастиц серебра для плоских и 3D-печать через прямую и запись собрания. Далее, стандартный протокол для печати микроэлектродов в многомерном мотивов продемонстрировано. Наконец, приложения печатных микроэлектродов для электрически малых антенн, солнечных батарей, и светоизлучающие диоды будут выделены.

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

Плоские и трехмерной печати проводящих металлизированных красок описано. Наш подход открывает новые возможности для изготовления печатных электронных, оптоэлектронных и биомедицинских устройств в необычных макетов на микроуровне.

Плоские и трехмерной печати проводящей краски

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

Трехмерная оптическая разрешением Фотоакустическая микроскопии

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

Альгинат гидрогелей для трехмерных органной культуры яичников и Яйцеводы

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

Исследование трехмерного разделения потока, вызванного моделью Vocal Fold Polyp

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

Человека хрящевой ткани Изготовление с использованием трехмерных струйных технологии печати

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

Анализ миграции клеток в трехмерном коллагеновой матрице

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

Генерация трехмерной всю толщину кожи Эквивалент техники и автоматизированных Ранение

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

Получение и анализ<em&gt; In Vitro</em&gt; Трехмерное карциному груди Суррогаты

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

Инженерная Трехмерные эпителиальной ткани Встроенные в внеклеточной матрицы

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

Характеризующие клеток миграции в рамках трехмерной в Vitro рану среды

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

Культивирование клеток млекопитающих в трехмерной пептид подмости

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