不需要到工厂里进行复杂的制程,麻省理工学院将电子电路像书本一样用凸版印刷快速且大量生产。
Credits: Sanha Kim and Dhanushkodi Mariappan
随着科技的进步,我们随手可得资讯越来越丰富,生活也便利的超乎想像。未来的某一个冬天,外面下着雨,冷风吹得路人直打哆嗦,你一个箭步冲进咖啡馆,点一杯外带热拿铁,店里满满的人,等了大半天终于拿到你的咖啡,感觉彻底被救赎,迫不及待喝了一大口。妈啊!也太烫了吧!
如果外带杯可以告诉你目前温度是否太烫,或许就能避免一大口咖啡烫的你泪流满面。
这类日常生活常用的简易电子电路要能实现需要低成本的制备技术,自古以来能便宜又大规模复制图形的技术非印刷术莫属。印刷术就像盖印章,一旦制造出模板,沾了墨水便可不断印刷大量生产。印刷电路,也就成为这类低成本电路的最佳选择。最近美国麻省理工学院 (Massachusetts Institute of Technology, MIT) 研发出一种新型印章,其解析度可达 20 微米(μm=10-6m),研究结果被发表在Science Advances 期刊上。
要印刷电路,墨水势必得是金属,但金属室温为固态根本无法当墨水,因此所谓的墨水是将导电的金属纳米粒子混入液态高分子中,将墨水印在基板上后,待高分子挥发,并施以热处理,就剩下金属粒子们连接形成电路了。
印刷电路概念并不是最近才有,就像积体电路让晶片越来越小,印刷电路也希望越来越小,因此解析度就成为此技术进步的关键。我们来想像一般明刻印章,字在印章上是突出去的,当沾上墨水或印泥盖章时,都要用力压一下,这个压一下的动作虽然确保了文字或图形印到目标物上,却同时却牺牲了解析度,因为存在于印章及目标物之间的墨水受到挤压而向外,让实际图形比印章定义的要大了一些,图形边界也变得模煳。文件上的印章名字稍微粗一点没人在意,但电路印刷就很重要了,如何让墨水在印刷时不被挤出来,成为了增加解析度的重要关键。
为了解决这个问题,MIT 机械工程学系的 John Hart 教授实验室使用纳米碳管束当作印章材料,他们在硅基板上进行特殊处理,让纳米碳管只在特定区域生长,有纳米碳管生长的区域即是其明刻印章的图形,文章中的示意图为印章的电子显微镜影像,图中清晰可见边长 20 微米的正方形。使用纳米碳管管束的原因其实很简单,如果正方形向一般印章是实心的,当印到目标物上时,墨水的挤压势必会让实际印出来的边长大于 20 微米。因此他们印章的正方形是由一根一根纳米碳管组成,就像一座碳管森林但边界是正方形,纳米碳管间的空隙让墨水在挤压时有地方可去,当墨水留在纳米碳管间的空隙中,当印刷要施加压力时,墨水不会被挤到边边。他们同时也建立了一个模型根据不同需求所需在印刷实施以适当的压力,以达到最佳解析度。
印章模板电子显微镜图
Credits : Sanha Kim and Dhanushkodi Mariappan
不仅如此,为了证明这不只是实验室的噱头,他们使用电动滚筒直接造出一台印刷机,利用这项技术进行大量印刷,印刷的速度可达 0.2 m/s。研究团队也同时测量印刷的电性,发现其导电度相当高,能真正应用到日常生活。
John Hart 教授表示:这将会成为连续程序生产,当你有了印章跟一个滚筒,你便可以将电路印刷在塑胶膜及特殊纸张上。我们的生产速度可达每秒200mm(是因为我们马达最大速度只有这样),但这已经是可以跟工业印刷媲美的速度,加上我们所展示的绝佳解析度,绝对具有未来性。













