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印刷电路用虫胶
2021年12月24日    阅读量:1046    新闻来源:考腾资讯网  |  投稿

印刷电路用虫胶 考腾资讯网

用于印刷电路的新型材料:距离 3D 打印机一厘米宽的两个测试长方体。在背景中可以看到印刷的电子传感器。图片:恩帕


带有传感器的智能包装可以监控长途运输路线上的货物(例如蔬菜)是未来的趋势中国机械网okmao.com。然而,印刷和一次性电子产品也带来了问题:印刷油墨中的金属价格昂贵——而且以无害环境的方式处理它们成本高昂,并加剧了电子废物的问题。Empa(瑞士联邦材料科学与技术实验室)研究人员的一项新解决方案旨在解决这一问题。


更精确、更快、更便宜:多年来,世界各地的研究人员一直致力于使用增材工艺制造电路,例如机器人 3 打印(所谓的机器人铸造)——取得了巨大成功,但现在这正成为一个问题。使这种“墨水”导电的金属颗粒正在加剧电子废物的问题。尤其是鉴于新型一次性传感器的出现,未来产生的废物可能会增加,其中一些仅使用几天。


Empa 的纤维素与木材材料实验室负责人 Gustav Nyström 认为,不必要的浪费:“迫切需要能够平衡电子性能、成本和可持续性的材料。” 因此,为了开发环保墨水,Nyström 的团队设定了雄心勃勃的目标:无金属、无毒、可生物降解。并考虑到实际应用:易于成型且对湿气和中等热量稳定。


用碳和虫胶

研究人员选择廉价的碳作为导电材料,正如他们最近在“科学报告”杂志上报道的那样。更准确地说:细长的石墨片与微小的煤烟颗粒混合,在这些片之间建立电接触——所有这些都在一个由众所周知的生物材料制成的基质中:虫胶,它是从介壳虫的排泄物中获得的。过去,它是用来做记录的;今天,除其他外,它被用作木制乐器和指甲的清漆。它的优势完全符合研究人员的期望配置文件。最重要的是,它可溶于酒精——一种廉价的溶剂,在涂上墨水后会蒸发以使其变干。


尽管有这些成分,但这项任务仍然具有挑战性。这是因为无论是用于简单的丝网印刷还是现代 3D 打印机,墨水都必须表现出剪切稀化行为:“静止”时,墨水相当粘稠。但是在印刷的那一刻,当它受到横向剪切力时,它会变得更加流动——就像不滴落的墙漆一样,只有在滚筒的作用下才能获得更柔软的稠度。然而,当用于机械臂 3D 打印等增材制造时,这尤其棘手:太粘稠的墨水会太硬——但如果它在打印过程中变得太液体,固体成分可能会分离并堵塞打印机的小喷嘴。


实际应用测试

为了满足要求,研究人员对墨水配方进行了大量修改。他们测试了两种尺寸的石墨片:长度为 40μm 和 7-10μm。石墨和炭黑的混合比例也需要进行许多变化,因为过多的炭黑会使材料变脆——随着墨水变干,有开裂的风险。通过优化成分的配方和相对组成,该团队能够开发出多种墨水变体,可用于不同的 2D 和 3D 打印工艺。


“最大的挑战是实现高导电性,”参与其中的研究人员之一 Xavier Aeby 说,“同时形成碳、石墨和虫胶的凝胶状网络。” 该团队分几个步骤研究了这种材料在实践中的表现。例如,使用一个微小的测试长方体:来自 3D 打印机的 15 个叠加网格——由直径仅为 0.4 毫米的细线制成。这表明墨水也足以满足要求苛刻的工艺,例如机器人铸造。


为了证明其适用于真实组件,研究人员构建了一个变形传感器:一种薄的 PET 条,上面印有墨水结构,其电阻随着不同程度的弯曲而精确变化。此外,拉伸强度、水下稳定性和其他特性的测试显示出令人鼓舞的结果——因此研究团队相信这种已经获得专利的新材料可以在实践中证明自己。Gustav Nyström 说:“我们希望这种墨水系统可用于可持续印刷电子产品中的应用,例如,用于智能包装和生物医学设备或食品和环境传感领域的导电轨道和传感器元件。”


标签:今日头条产品资讯机械应用人工智能设备与仪器工业设备
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