211service.com
Natuurkundigen Laserprint die polymeercircuits geleidt
Geleidende polymeren zijn kunststoffen die stroom voeren. Dit is een opkomende technologie die een aanzienlijke impact begint te krijgen op gebieden variërend van fotovoltaïsche energie en printplaten tot batterijen en biologische sensoren.
De voordelen van kunststof geleiders zijn talrijk. Ze zijn goedkoop, flexibel en licht. Ze zijn ook eenvoudig te maken en om te vormen tot bruikbare circuits. In theorie althans.
In de praktijk hebben de meeste fabricagetechnieken subtiele nadelen die niet gemakkelijk te overwinnen zijn. Deze technieken beginnen bijvoorbeeld in het algemeen met het polymeer in vloeibare vorm. Het wordt vervolgens op een substraat gespoten, gesponnen of met inkjetcoating gecoat.
Het probleem met vloeibare polymeren is dat ze een oplosmiddel nodig hebben en dit kan ertoe leiden dat de onderliggende laag oplost, bijvoorbeeld als het een ander polymeer is.
Oplosmiddelen leiden ook tot andere problemen, zoals het koffieringeffect waarbij polymeren de neiging hebben zich te concentreren aan de rand van een druppel terwijl deze opdroogt.
Vandaag demonstreren Maria Kandyla van de Nationale Technische Universiteit van Athene in Griekenland en een paar vrienden een manier om dit probleem te omzeilen die niet afhankelijk is van vloeibare polymeren. In plaats daarvan gebruiken ze laserablatie om een vast polymeer rechtstreeks op een substraat af te zetten, waardoor oplosmiddelen helemaal worden vermeden.
Deze jongens beginnen met het maken van een laag van het vereiste geleidende polymeer op een glasplaat of kwarts. Dit wordt het donorsubstraat genoemd en wordt op de normale manier gemaakt, zoals spincoaten met vloeistof en laten drogen.
Vervolgens plaatsen ze een ander substraat - het ontvangende substraat - naast het donorsubstraat, tegenover de laag geleidend polymeer. De twee lagen raken elkaar echter niet en blijven gescheiden door een spleet van enkele micrometers.
In de laatste stap vuren Kandyla en co een laser door het glassubstraat die op de polymeerlaag wordt gericht. Deze korte uitbarsting van energie creëert een schokgolf die een kleine hoeveelheid polymeer op het ontvangende substraat voortstuwt.
Door het donorsubstraat en het ontvangende substraat te verplaatsen, gebruiken Kandyla en co dit proces om 2D-patronen van elke vorm af te zetten.
En omdat het polymeer als een vaste stof wordt overgedragen, vermijden ze alle problemen die gepaard gaan met oplosmiddelen.
Kandyla en co hebben hun proces getest door fotovoltaïsche circuits van een geleidend polymeer genaamd P3HT:PCBM op verschillende substraten te printen.
Ze hebben ook biologische detectiecircuits geprint met behulp van een geleidend polymeer dat polyaniline wordt genoemd. Dat is handig, want oplosmiddelen kunnen biologische metingen verstoren en verpesten.
Er is natuurlijk meer werk voor de boeg. Een zorg is dat laserablatie de chemische samenstelling van polymeren kan veranderen. Kandyla en co zullen meer moeten doen om aan te tonen dat de techniek circuits van hoge kwaliteit produceert op een manier die herhaalbaar is tegen lage kosten.
En dit is niet de eerste keer dat onderzoekers laserprinten gebruiken om geleidende circuits te maken van organische materialen. Zo zijn er bijvoorbeeld al leds gemaakt.
Maar het nieuwe werk breidt het scala aan apparaten uit die baat kunnen hebben bij de techniek. Verwacht er meer over te horen.
Referentie: arxiv.org/abs/1211.3158 : Laser-geïnduceerde voorwaartse overdracht van geleidende polymeren