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

Bu malzeme, ABD Enerji Departmanı, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Anabilim Dalı (Ödül No defg-02-07ER46471) ve Işık Malzemelerden DOE Enerji Araştırma Merkezi Enerji Dönüşümü Etkileşimleri (tarafından desteklenen çalışma dayalı Ödülü No DE-SC0001293 ), ve Frederick Seitz Malzeme Araştırma Laboratuvarı (FSMRL) içinde Malzeme Mikroanaliz Merkezi erişim yararlanıyordu.

1. Giriş <ol><li> Bu makale, 1D, 2D ve 3D baskı, doğrudan-yazma montaj aracılığıyla iletken Mikroelektronlar göstermektedir. </li><li> Direct-yazma montaj, ince nozulları vasıtasıyla konsantre mürekkepleri birikimi ile 1D-to-3D Basılı yapıların bina bir yöntemdir. </li><li> Bizim sistem bilgisayar kontrollü 3-eksenli çeviri aşamasında, bir mürekkep haznesi ve meme ve görüntüleme için 10x teleskopik lens (Şekil 1) oluşur. </li><li> Direct-yazma montaj, konsantre mürekkepler, çapları 0.1 ila 250 mikron (Şekil 2) aralığında silindirik memeleri, uzatılır hangi bir filamanlı baskı yaklaşımdır. Özellikle, viskoelastik mürekkep özellikleri nedeniyle kendi kendine yetebilen, doğrudan-yazma montaj kapsayan özellikleri sağlar (Şekil 3). Bugüne kadar, geniş bir yelpazede, seramik 6,7 oluşan organik 8-10, 11-15 metalik, polimerik 16,17 ve sol-jel 18,19 malzemeleri de dahil olmak üzere, mürekkepler edilmiştirbu baskı yaklaşımı için geliştirilmiştir (Şekil 4). </li></ol> 2. Yüksek konsantrasyonlu gümüş nanoparçacık mürekkepleri hazırlanması <ol><li> Gümüş nanoparçacık mürekkepleri ilk 50 gr su ve 40 g diethanolamine (Video 2.1) karışımı 5.000 karışımı ve poli (akrilik asit) molekül ağırlığı 50.000 eriterek hazırlanır. </li><li> Polimer gümüş nanopartikülleri boyutunu kontrol etmek için kapak kapatma ajan olarak davranır. </li><li> Daha sonra, gümüş nitratın sulu bir çözüm polimer çözeltisine içine enjekte edilir. Eklenmesinden sonra, açık sarı şeffaf bir çözüm (Video 2.2) elde edilir. </li><li> Oda sıcaklığında 24 saat süreyle karıştırarak sonra, çözüm, transmisyon elektron mikroskobu ile belirlenen 5 nm çaplı gümüş nanopartiküller, oluşumu ile örtüşen bir kırmızımsı-kahverengi renk (Video 2.3), geliştirir. </li><li> Sonraki 65 ° C su banyosunda 2 saat daha fazla parçacık büyüme (Video 2.4), çözüm sonicated. </li><li> After sonikasyon çözüm, 500 ml&#39;lik behere aktarılır ve oda sıcaklığına kadar soğutulur. Daha sonra, 300 ml etanol, 30 ml / dak hızında titre edilir. Etanol ajan kapaklama poli (akrilik asit) için kötü bir çözücü olduğundan, parçacıklar, hızla koagüle ve çözüm (Video 2.5) hızlandırabilir. </li><li> Süpernatant şişeden sonra, çökelek santrifüj tüpünün içine toplanan ve 20 dakika boyunca 9000 rpm (Video 2.6) santrifüj. </li><li> Bu adımdan sonra, ~ 85 ağırlıkça% yükleme katıların yüksek konsantrasyonlu gümüş nanoparçacık mürekkep (Video 2.7) elde edilir. </li><li> Mürekkep viskozitesi ve elastik modülü üzerinde daha fazla kontrol, takip homojenizasyon, seyreltme tarafından elde edilebilir. Örneğin, etilen glikol gibi nemlendirici bir çözüm, mürekkep eklenebilir ve daha sonra 2000 rpm&#39;de Thinky homojenizasyon karıştırıcı kullanılarak 3 dakika homojenize. Bu işlemden sonra, düzgün bir kırmızı mavimsi bir renk mürekkep (Video 2.8) elde edilir. </li><li> TEM görüntü gösterirGümüş, bu sentez prosedürü (Şekil 5_left) tarafından elde nanopartiküller. Parçacıkların ortalama çapı 5-50 nm bir boyut dağılımı ile 20 nm var. Basılı yapıların sonrası tavlama, iletkenliği artırmak için gerektirir. En az 30 dakika boyunca 250 ° C&#39;de tavlama sonra, gümüş nanopartikülleri, bir elektrik direnç 10 -5 Ω • cm (Şekil 5_bottom sağ) yaklaşan iletken Mikroelektronlar oluşturur . Şekil 5_top sağ sıcaklık tavlama bir fonksiyonu olarak basılmış gümüş Mikroelektronlar mikroyapısal evrim gösterilmiştir. Sıcaklığı 150 ° ila 550 ° C ~ 30% toplam hacimsel büzülme ile Mikroelektronlar yoğunlaştırılması geçiren 11 </li><li> Güçlü, kendi katı yüklemesinin bağlıdır mürekkep reoloji, basılabilirlik belirler. Artan katı yük ile mürekkep viskozitesi artar (Şekil 6). Çünkü önemli bir yanal yayılma, Concentr düşük viskozite sonucu ile seyreltilmiş mürekkepleri70 ağırlıkça% 85 arasında değişen bir katı yük ile ated mürekkepleri, düzlemsel ve yayılan mürekkep filamentler baskı için gereklidir. </li><li> Artan katı yük ile mürekkep elastik modülü artar (Şekil 7). Katılar 60 ila 75 ağırlıkça% artırır yükleme gibi lineer viskoelastik bölgede, elastik modülü, büyüklük yaklaşık üç siparişleri yükseliyor. 2000 Pa en az elastik modülü kendinden destekli veya özellikleri kapsayan üretmek için gereklidir. </li></ol> 3. Direct-yazma montaj <ol><li> Direct-yazma montaj, ilk kez bir şırınga varil içine mürekkep yükleyerek yapılmaktadır. Birikimi meme bağlama sonra, mürekkep yüklü şırınga varil, 3-eksenli baskı aşamasına (Video 3.1) üzerine monte edilir. </li><li> Bir bilgisayar programı, Doğrusal, düzlemsel ve karmaşık üç boyutlu yapılar kolayca (Video 3.2) üretilen olabilir de dahil olmak üzere keyfi tasarımları, kullanma. </li><li> Sonra, meme yüksekliği, teleskobun mercek yardımı ile 10x zoom (Video 3.3) ile ayarlanır. </li&gt; <li> Sonra, hava destekli bir sıvı dağıtım sistemi ile basınç uygulayarak mürekkep kontrollü bir baskı hızı (Video 3.4) ile yüzey üzerine yatırılır. Gerekli basınç, mürekkep reoloji, nozul çapı, ve baskı hızı bağlıdır, ancak tipik değerler 20-500 mm / s 10-100 psi aralığı Bu baskı, oda sıcaklığında havada yapılır. Bu baskı yordamı kullanarak, farklı düzenleri ve boyut ölçekleri gümüş Mikroelektronlar baskı gösterilmiştir. </li><li> Örneğin, bir silikon yonga substrat 5 mikron memesi desenli 100 mikron kalınlığında bir merkez-merkez satır aralığı ile iletken gümüş ızgaraları, baskı (Video 3.5) gösterilmiştir. </li><li> Buna ek olarak, bu video, yüksek en-boy oranı silindirik yapıdaki katmanlı bir tabaka baskı yöntemi (Video 3.6) kullanarak 30 mikron nozul tarafından nasıl oluşturulacağı gösterilmektedir. </li><li> Ayrıca, gümüş Mikroelektronlar iki cam yüzeyler arasındaki çok yönlü baskı, 1 mm yükseklik di tarafından ofsetfference 30 mikron nozul (Video 3.7) kullanılarak gösterilmiştir. </li><li> Tamamen ücretsiz duran, dikey baskılı gümüş microspikes Si gofret substrat (Video 3.8) 30 mikron meme ile oluşturulabilir. </li><li> Son olarak, bu video, 10 mikron nozul (Video 3.9) kullanarak yayılan gümüş mikroelektrot doğrudan yazma gösterir. Basılı özelliği minimum sarkık veya burkulma ile bir santimetre mesafelere kadar yayılabilir. </li></ol> 4. Temsilcisi sonuçları: Biz son derece konsantre bir gümüş nanoparçacık mürekkepleri hazırlanmış ve elektronik ve optoelektronik uygulamalar için baskı çözünürlüğü ~ 2 ve 3 boyutlu düzlemsel motiflerle iletken özellikleri baskılı gösterdi - 30 mm. Örneğin, bu tekniğin baskı çözünürlüğü Şekil 8 sergiler. 1 mikron nozul 11 kullanarak tek bir geçişte, ~ 2 mm (1.4 mikron kalınlığında) minimum elektrot genişliği ile basılmıştır özellikler elde edilir . Şekil 9 gösterisi5 mikron nozul tarafından desenli esnek bir saydam iletken gümüş ızgaraları, film 12 poliimid. Basılı ızgaraları altında metinler açıkça görülebilir. Bunlar, şeffaf gümüş ızgaraları, saydam iletken oksit (TCO) malzemeler için cazip alternatifler olabilir. Konform düzlemsel olmayan yüzeyler üzerine baskı da bu yöntemi etkindir. Şekil 10 3D elektrikle küçük bir anten konformal baskı göstermektedir. 100 mikron kalınlığında metal memesi cam bir yüzey yarımkürede 13 menderes-line kalıplarını yazdırmak için kullanılır. Bu yaklaşım, implante edilebilir ve giyilebilir antenler, elektronik, ve sensörler dahil olmak üzere çeşitli uygulamaları bulabilirsiniz. Üç boyutlu fotovoltaik ve ışık yayan diyotlar yayılan gümüş Mikroelektronlar Uygulamaları (Şekil 11-14) göstermiştir. İlk olarak, Şekil 11 silikon küresel kabuğun bir örnektir. Bu zayıf bir film 2 mikron thickness, Çok yönlü yazdırma 14 bir dış devre tel bağlı olabilir . Bu yöntem, hassas cihazlar için oldukça avantajlı olan minimal temas basıncı kullanır. Daha sonra, Şekil 12, silikon microribbon elemanları 33 mikron boşluk 15 ile ayrılmış olan silikon güneş Microcell dizi kapsayan birbirine baskı bir örnek göstermektedir . Daha sonra, Şekil 13 gümüş, 4-4 her piksel (500 x 500 x 2,5 mikron 3) 200 mikron dışında 11 aralıklı. Galyum arsenit tabanlı LED dizisi için birbirine En alttaki resim, tek bir piksel 6 V uygulamalı bir önyargı altında düzgün kırmızı ışık yayan LED dizisi görüntüler. Kapsayan elektrotlar baskı yapabilme özelliği, destekleyici ya da kurban katmanları (üst) olmadan çok katmanlı arabağlantı sağlar. Gibi karmaşık 3D mikrofon için görüntüleri SEM nihai bir gösteri, Şekil 14 gösterirroperiodic gümüş kafes 5μm nozul tarafından basılan. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig1.jpg" /> Şekil 1. Optik görüntü doğrudan mürekkep yazma aparatı. <img alt="Şekil 2" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig2.jpg" /> Şekil 2 filamanlı bir özelliği doğrudan mürekkep yazılı. <img alt="Şekil 3" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig3.jpg" /> Şekil 3. kendini destekleyen özellikleri kapsayan doğrudan mürekkep yazılı. <img alt="Şekil 4" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig4.jpg" /> Şekil 4. doğrudan mürekkep yazmak için mürekkep tasarımlar. Konsantre viskoelastik mürekkepleri geniş bir yelpazede microscale özellikleri ile düzlemsel ve kompleks 3D yapıların doğrudan yazmak için geliştirilmiştir. <img alt="Şekil 5" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig5.jpg" /> Şekil 5 (Sol) gümüş nanopartikülleri Transmisyon elektron mikroskobu (TEM) resim. (Sağ üst) tavlama sıcaklığı bir fonksiyonu olarak 15 mikron memesi desenli gümüş Mikroelektronlar görüntüleri SEM. (Sağ alt) tavlama sıcaklığı ve süresi bir fonksiyonu olarak gümüş Mikroelektronlar Elektrik direnç. <img alt="Şekil 6" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig6.jpg" /> Şekil 6 katı yüklemesinin bir fonksiyonu olarak gümüş nanoparçacık mürekkepleri Görünür viskozite (η). <img alt="Şekil 7" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig7.jpg" /> Şekil 7 katıların yükleme değişen gümüş nanoparçacık mürekkepler için bir fonksiyonu olarak kayma gerilmesi Shear elastik modülü (G). <img alt="Şekil 8" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig8.jpg" /> Şekil 8 desenli gümüş Mikroelektronlar düzlemsel diziler SEM görüntüleri1 mikron memesi ile Si gofret. <img alt="Şekil 9" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig9.jpg" /> Şekil 9 saydam iletken gümüş ızgaraları (solda) ve SEM görüntüleri çizgi perde (sağda) bir fonksiyonu olarak basılan ızgaraları Optik görüntü. <img alt="Şekil 10" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig10.jpg" /> Şekil 10 hemisferik bir cam substrat elektrikle küçük antenler konform baskı sırasında yakalanan Optik görüntü. <img alt="Şekil 11" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig11.jpg" /> Şekil 11 (2 mikron) ince bir silikon küresel kabuk üzerine yayılan gümüş Mikroelektronlar yazdırma sırasında elde Optik görüntü. <img alt="Şekil 12" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig12.jpg" /> Şekil 12 yayılan gümüş mikroelektrot SEM görüntüsü böylece bir silikon üzerine basılırlar Microcell dizi. <img alt="Şekil 13" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig13.jpg" /> Şekil 13 SEM görüntüleri (üstte) ve gümüş Mikroelektronlar birbirine 4-by-4 LED çipi dizi optik görüntü (altta). <img alt="Şekil 14" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig14.jpg" /> Şekil 14 3D microperiodic gümüş kafes SEM görüntü.

<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>

Çıkar çatışması ilan etti.

Inkjet baskı gibi geleneksel damlacık tabanlı baskı yaklaşımlar, düzlemsel elektrot üretiminde kullanılan mürekkeplerin seyreltik doğa ve düşük viskozite nedeniyle düşük boy oranı ile sınırlıdır. Son zamanlarda, dip-kalem Nanolitografi (DPN) 20-22 ve e-jet baskı 23-25 ​​desen iletken özellikleri kullanılmaktadır. Bu yollar da seyreltik, düşük viskozite mürekkepleri kullanırlar. Pearton ve arkadaşları, 1600&#39;e kadar, yaklaşık 0,5 mikron 22 mikron -1 ve çizgi genişlikleri yazma hızlarında piyasada bulunan bir gümüş nanoparçacık mürekkep mevduat DPN kullandı. Ancak, geniş alanlar üzerine tekrarlanabilir kalıpları imalatı, bu yaklaşım gösterilmelidir henüz. Gümüş nanoparçacık mürekkepler ayrıca, ~ 1.5 mikron 25 çizgi genişlikleri ile iletken izlerini oluşturmak için e-jet baskı tarafından yatırılan var. Ancak, mürekkep püskürtmeli baskı ile, homojen olmayan baskılı özellikleri uydu damla oluşumu ve düzgün olmayan damla d nedeniyle ortaya çıkabilecek24,25 rying. Konsantre gümüş nanoparçacık mürekkepleri, yukarıda gösterildiği gibi, doğrudan yazmaya montaj bir filamanlı tabanlı baskı yaklaşımı ile bu sınırlamaların üstesinden gelir. Bu teknik, 1D, 2D, ve 3D mimarisi oluşturmaya olanak sağlayarak geçen tek bir yüksek boy oranları (h / w ≈ 1.0) ile iletken Mikroelektronlar imalat sağlar. Basılı özellikleri büyüklüğü, meme çapı, mürekkep katıların yükleme, uygulanan basınç ve baskı hızı bağlıdır. Bugüne kadar, küçük iletken izleri ~ 2 mm mütevazı hızlarda (&lt;2 mm s -1) 1 mikron memesi kullanarak desenli edilmiş gibi. Özelleştirerek mürekkep kompozisyon ve meme geometri, maksimum baskı hızı, 10 cm s -1 aşan mümkündür . Ancak, ince ucu (&lt;5 mikron) kullanarak yüksek baskı hızı, önemli bir sorun olmaya devam etmektedir. Doğrudan yazma montaj uygulamaları göstermek için, iletken ızgaraları, El fabrikasyonectrically küçük antenler, güneş hücreleri ve düzlemsel ve yayılan baskılı elektrotlar (Şekil 8-14) ışık yayan diyotlar. Özellikle, bizim yaklaşımımız, metalik yapılar oluşturulması ile sınırlı değildir. Diğer mürekkep tasarımlar, ipek fibroin, hidrojel ve kaçak organik mürekkepleri dayalı olanlar gibi kullanarak, montaj 26-30 doğrudan-yazma ile doku mühendisliği ve hücre kültürü için 3D iskeleleri ve mikrovasküler ağları inşa ettik. Geleceğe doğru bakıldığında, birçok fırsat ve zorlukları vardır. Ilerlemelerin yeni mürekkep tasarımlar, mürekkep akışı dinamikleri daha iyi modelleme ve gelişmiş robotik ve kontrol sistemleri gerektirir. , Yüksek verimlilik ve nano ölçekli çözünürlük 3D yapıları 1D geniş alan imalat (&lt;100 nm) önemli bir sorun olmaya devam etmektedir.

<table border="1"><tr><td> Reaktifi Adı </td><td> Şirket </td><td> Katalog numarası </td><td> Yorumlar </td></tr><tr><td> Poli (akrilik asit) </td><td> Polysciences, Inc. </td><td> 06519 </td><td> mw 5.000 g / mol </td></tr><tr><td> Poli (akrilik asit) </td><td> Polysciences, Inc. </td><td> 00627 </td><td> mw 50.000 g / mol </td></tr><tr><td> Gümüş nitrat </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 209139 </td><td> Gümüş kaynağı </td></tr><tr><td> Diethanolamine </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> D8885 </td><td> / Solvent indirgeyici ajan </td></tr><tr><td> Etilen glikol </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 102466 </td><td> Nemlendirici </td></tr><tr><td> Sonicater </td><td> Fisher Scientific </td><td> FS30H </td><td> - </td></tr><tr><td> Santrifüj </td><td> Beckman Coulter </td><td> Avanti TM J-25 </td><td> - </td></tr><tr><td> Robotik sahne </td><td> Aerotech Inc. </td><td> ABL 900.010 </td><td> 3-eksenli hareket </td></tr><tr><td>Şırınga varil </td><td> EFD Inc. </td><td> 5109LBP-B </td><td> 3 ml </td></tr><tr><td> Nozul </td><td> EFD Inc. </td><td> - </td><td> id = 0,1 - 250 mikron </td></tr><tr><td> Dispenser </td><td> EFD Inc. </td><td> 800 </td><td> Hava beslemeli </td></tr><tr><td> Tasarım yazılımı </td><td> Özel olarak tasarlanmış </td><td> - </td><td> Mingjie Xu </td></tr></table>

planar and three-dimensional printing of conductive inks

Basılı elektronik, esnek ve çok boyutlu elektronik, optoelektronik ve 1-3 biyomedikal cihazlar oluşturmak için düşük maliyetli, geniş alan fabrikasyon yolları üzerinde güveniyor . Bu çalışmada, biz odaklanmak tek (1D), iki-iletken metalik mürekkepler, esnek, gerilebilir ve yayılan Mikroelektronlar şeklinde (2D) ve üç boyutlu (3D) baskı. Montaj 4,5, ince ucu (~ 0.1 - 250 mikron) ile konsantre mürekkepleri birikimi ile basit çizgiler karmaşık yapılara kadar fabrikasyon özellikleri sağlayan bir 1-3D baskı tekniği olan Doğrudan yazma . Bu baskı yöntemi bilgisayar kontrollü 3-eksenli bir çeviri aşamasında, bir mürekkep haznesi ve meme ve görselleştirme için 10x teleskopik lens oluşur. Inkjet baskı aksine, bir damlacık tabanlı süreç, doğrudan-yazma montaj ya-ya da düzlem-ekstrüzyon mürekkep filamentler içerir. Basılı filamentler genellikle meme büyüklüğü için uygundur. Hence microscale özellikleri (&lt;1 mm) daha büyük diziler ve çok boyutlu mimarileri desenli ve monte edilebilir. Bu çalışmada, öncelikle doğrudan yazma montaj ile düzlemsel ve 3 boyutlu baskı için yüksek konsantrasyonlu gümüş nanoparçacık mürekkep sentezlerler. Sonra, çok boyutlu motiflerle baskı Mikroelektronlar için standart bir protokol olduğunu göstermiştir. Son olarak, elektrikli küçük anten, güneş hücreleri ve ışık yayan diyotlar için basılı Mikroelektronlar uygulamaları vurgulanır.

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

Iletken metalik mürekkeplerin düzlemsel ve üç boyutlu baskı açıklanmıştır. Bizim yaklaşımımız imalatı basılı, elektronik, optoelektronik ve microscale alışılmadık düzenleri biyomedikal cihazlar için yeni yollar sağlar.

İletken Mürekkepler düzlemsel ve Üç Boyutlu Baskı

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

Üç boyutlu optik çözünürlük foto akustik Mikroskopi

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

Yumurtalıklar ve fallop borularında Üç Boyutlu Organ Kültür Aljinatta Hidrojeller

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

Model Vocal Fold Polip'in Neden Olduğu Üç Boyutlu Akış Ayrımının Araştırılması

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

Üç boyutlu Mürekkep Püskürtmeli Baskı Teknolojisi Kullanımı İnsan Kıkırdak Doku Fabrikasyon

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

Bir Üç boyutlu Kollajen Matrix içindeki Hücre Göç Analizi

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

Üç-boyutlu Tam Kalınlığı Deri Üretimi Eşdeğer ve Otomatik Yaralama

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

Hazırlama ve Analizler<em&gt; İn Vitro</em&gt; Üç Boyutlu Meme Kanseri Suretler

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

Ekstraselüler Matrix içinde Gömülü Mühendislik Üç boyutlu Epitel Dokular

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

İçinde üç boyutlu Vitro hücre göç karakterize ortamlar yara

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

Üç boyutlu peptid iskele memeli hücrelerinde kültür

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