Kemikere koger nanopartikler til printet elektronik i Ikea-gryde

Man tager tre kemikere, anbringer dem i et laboratorium med en kolbe samt en Ikea-gryde og giver dem besked på at udvikle en nanokobber­væske ud fra ingredienserne kobbersalt, en polymerkæde (PVP) og et reaktionsmiddel i form af glukose.

Sådan lidt forsimplet lyder optakten til den lille milepæl, som Center for Nano- og Mikroteknologi ved Teknologisk Institut (TI) for nylig nåede inden for udviklingen af en elektriske ledende inkjet-printerblæk fremstillet af kobbernanopartikler: en blæk, der kan bruges til at injketprinte elektrisk ledende baner på materialer som tekstiler eller solceller, såkaldt printed electronics.

Blæk baseret på sølvpartikler i mikrostørrelse er i dag det mest anvendte materiale til printet elektronik, men en blæk baseret på nanokobberpartikler kan potentielt vise sig som et langt billigere alternativ, idet kobber i råvarepris er billigere end sølv. Primo april 2016 blev kobber handlet for cirka en syvendedel af prisen på sølv ifølge nasdaq.com.

Ledeevnen en udfordring

Udfordringen er at opnå lige så gode ledende egenskaber med kobber, men TI’s foreløbige tests af den sintrede nanokobberblæk viser en ledeevne, der er næsten lige så god som den, man opnår med en inkjet-printerblæk baseret på mikrosølvpartikler.

»Der er ikke så mange andre, der har beskæftiget sig med kobber – mest på litteraturniveau. Men vi er nu i stand til at producere 75-100 gram nanokobber i timen i vores flow-system, så en opskalering er ikke så langt væk,« lyder det fra faglig leder Zachary Davis, som sammen med sine kolleger rejser til Berlin i slutningen af april for at fremvise resultaterne på messen Printed Electronics Europe 2016.

Blæktyper kan kombineres

Printed electronics har været kendt i flere år og benyttes blandt andet til at printe elektrisk ledende baner på materialer som solceller – det arbejder bl.a. DTU på – samt OLED-­belysning, tekstiler og RFID-tags.

De elektrisk ledende baner fremstilles typisk via print- eller trykmetoder som litografi, rotationsdybtryk eller flexografi, men fordelen ved at printe på en inkjetprinter er ifølge Zachary Davis, at man kan printe direkte ud fra en CAD-fil i stedet for at skulle lave en skabelon først.

»En anden fordel er også, at man pludselig kan kombinere en elektrisk ledende blæk med andre typer blæk, for eksempel halvlederblæk, piezoelektrisk blæk, optisk blæk osv. Simpelthen ved at have flere forskellige linjer, hvor man kan printe lag for lag,« siger han.

Zachary Davis understreger dog, at der stadig mangler en del udvikling, før inkjetprint af elektronik for alvor opnår sit brede gennembrud.

Materialer kan skræddersys

Som nævnt er det primært mikropartikler af sølv, som de store blækproducenter benytter til inkjetblæk. Men nanopartikler kunne være en interessant vej at gå, idet de kan pakkes meget mere kompakt og dermed levere bedre ledningsevne end mikropartikler, lyder det fra Zachary Davis:

»Du opnår et meget bedre resultat med nanobaseret blæk end med mikrobaseret blæk, fordi du kan få bedre ledende materialer, der i langt højere grad kan skræddersyes til emnet, i og med at geometrierne er mere fleksible på nanoniveau. Så der er mange ting, der taler for nanoblæk – men økonomisk er det en udfordring, fordi nanoblæk koster ti gange så meget som mikroblæk.«

Prisen er således er den primære grund til, at TI er gået kobbervejen. Udfordringen er ifølge Zachary Davies at opnå lige så gode ledende egenskaber som sølv. For kobber oxiderer meget hurtigere end sølv, hvilket forringer ledningsevnen.

Derfor har centrets kemikere eksperimenteret med at tilsætte forskellige ‘kapper’ – såkaldte cappings – til kobberpartiklerne, som beskytter partiklerne mod oxidering og sørger for, at de ikke klumper sammen efter fremstilling.

Målet er en nanofabrik

Kemikerne har afprøvet både organiske og uorganiske kapper i form af henholdsvis mælkesyre og polymeren PVP. Indtil videre har sidstnævnte vist sig mest effektiv, men til gengæld er den lange kæde af polymerer sværere at rense væk efterfølgende.

Næste skridt er at opskalere produktionen af nanokobberpartikler. Men det, som TI i sidste ende jagter – og er ved at søge fondsmidler til – er en decideret nanofabrik, hvor den færdige nanokobberblæk ville kunne printes på eksempelvis solceller, tekstiler eller RFID-tags; altså serieproduktion af unikke emner.

Inkjetprintere er på vej op

Spørgsmålet er, om der overhovedet er et dansk marked for printet elektronik. Der findes ikke nogen danske producenter af inkjet-blæk, men en virksomhed som Mekoprint i Støvring har i over ti år beskæftiget sig med printet elektronik – især i forbindelse med virksomhedens udvikling og produktion af tastaturer og touchfolie-produkter, der grundlæggende består af et elektronisk kredsløb, som er trykt på en plastfolie.

Til tryk af disse tastaturer bruger Mekoprint serigrafi, forklarer produktudviklingschef Morten Christensen, som blandt andet råder over et højvolumen rulle-­til-rulle-produktionsanlæg. Mekoprint er begyndt at arbejde med såkaldte sølvnanowires, en transparent, ledende blæk, der er noget af det nyeste på markedet. Udgangspunktet vil dog fortsat være serigrafisk tryk.

»Der er nogle fordele ved inkjet, fordi det er nemmere at starte op end eksempelvis silketryk, som kræver film- og rammefremstilling. Og inkjetprintere er i rivende udvikling, men på de funktionelle blække synes vi ikke helt, de er der endnu,« siger han og tilføjer:

»På det rent grafiske område (hvor der ikke kræves elektrisk ledende egenskaber og lignende funktionaliteter, red.) spiller det dog helt sikkert.«

Ifølge Morten Christensen råder Mekoprints grafiske afdeling allerede over en storskala-inkjetprinter til netop grafisk tryk, og han kan godt se fordelene i en kobberbaseret blæk, hvis funktionaliteten er til stede.

»Men hvis det kræver, at jeg så skal ud og investere i en injektprinter, når jeg i forvejen har et velfungerende rulle-til-rulle-apparat, kræver det jo, at den kobberbaserede blæk er væsentligt billigere end de nuværende sølvbaserede blække,« påpeger han.

Analyseinstituttet IDTechEx anslår, at det totale marked for printet elektronik – som i IDTechExs bog også omfatter fleksibel elektronik og organisk elektronik – vil vokse fra godt 26 mia. dollars i 2016 til 69 mia. dollars i 2026, især inden for OLED og elektrisk ledende blække.

Se mere om projektet i Teknologisk Instituts egen video herunder

Emner : Kemi
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Har svært ved at se over hvor lang afstand de 30ohm bliver målt. Jeg går ud fra at banerne går frem og tilbage et par gange, så der ikke er 30ohm over 2 cm, men måske 1ohm per cm eller lignende. Forhåbentlig kan man printe dobbelt tykkelse og få en bedre ledningsevne ellers kan der være et forholdvis højt tab hvis der skal drives noget, men til kommunikations signaler kan det fint bruges.

  • 0
  • 0

Har lige købt sådan nogle. https://www.youtube.com/watch?v=dfNByi-rrO4

Har ikke fået dem endnu, så har ingen anmeldelse.

Har også lavet min egen ink, der virker fint nok baseret på grafit, trælim og vand.

Kan laves af alle på minutter, men er selvfølgeligt ikke klar til inkjet eller ret meget andet end at male det på. Vil forsøge at rense ballpoint pen og hælde mit eget blæk på.

  • 0
  • 0

.......ingeniøren på at skrive "IKEA" gryde ?

Mig bekendt er det ikke god tone at reklamere for produkter her på stedet.

Overskriften burde hav set således ud;

Kemikere koger nanopartikler til printet elektronik i en almindelig gryde.

  • 2
  • 2
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten