北京時間12月13日消息，為了突破柔版印刷解析度僅幾十微米的限制，MIT研究人員開發(fā)出一種新型的壓印材料，可搭配常見的電子油墨實現(xiàn)近1μm的解析度...
美國麻省理工學院(MIT)的研究人員在《Science Advances》期刊中發(fā)表最新研究成果——“利用奈米孔隙壓印實現(xiàn)超薄的高解析度柔版印刷”(Ultrathin high-resolution flexographic printing using nanoporous stamps)，重新探討柔版印刷技術，期望實現(xiàn)高解析度、低成本且大尺寸的印刷電子。
由于壓印期間的液體不穩(wěn)定性以及油墨擴散等問題，利用橡膠壓印的柔版印刷解析度通常受限于幾十微米；研究人員因而開發(fā)出一種新型的壓印材料，使其適用于搭配許多常見的電子油墨實現(xiàn)近1μm的解析度。
這種材料必須具有足夠大的孔隙，才能在以電子油墨潤濕時容納膠體油墨顆粒，但又不能太大以避免對于印刷特性造成負面影響。此外，它還必須具有抗溶性以及機械相容性，才能形成均勻的接觸，而又極其耐用。
研究人員在微影圖案化的矽基板上生長垂直排列的碳奈米管(CNT)，創(chuàng)造出99%多孔隙且可重覆的微結構。在經(jīng)過不同的化學表面處理和適形pPFDA聚合物涂層后，印模即適用于此目的，支援毛細管驅動的油墨載入，以及奈米級觸點介導的油墨轉移。
壓印微結構的SEM影像，25μm x 25μm(左)；以及(右)該結構陣列的光學和原子力顯微鏡影像，及其所取得的銀(Ag)印刷油墨圖案（來源：MIT）
接著在剛性和軟性基板上，研究人員為ZnO、WO3與CdSe/ZnS等各種不同功能的奈米粒子油墨印刷許多微米級圖案。其執(zhí)行時的解析度與印刷速度(0.2m/s)遠遠優(yōu)于當今業(yè)界所采用的技術。研究人員并在文中指出，如果將這一制程轉換為卷對卷制造，就可能讓低成本量產(chǎn)電子成為現(xiàn)實。
例如，MIT研究團隊印刷了透明電極的導電網(wǎng)路——這是連接至LCD、LED、觸控螢幕面板或太陽能電池等應用的關鍵層。在利用蜂巢圖案化奈米多孔隙壓印的單一柔版印刷步驟中，研究人員能以相鄰孔隙之間至少3μm的線寬印刷薄層的Ag蜂巢圖案，并達到94%(從200-800nm)的透明度，以及3.6Ω/sq的電阻。印刷圖案表現(xiàn)出相當均勻的奈米級厚度，大約從5至50nm。
最小內部線寬為3μm的蜂巢結構CNT壓印放大像。配合光學顯微鏡影像的機制顯示各種不同條件下的CNT壓印，干燥的、涂染油墨的以及溶劑蒸發(fā)后在玻璃基板上形成的印刷圖案。（來源：MIT）
壓印特性，以及線寬約20-150μm花狀圖案的印刷Ag NP油墨圖案(左下)光學影像圖。右邊是印刷QD油墨(CdSe/ZnS，5-6nm)圖案的螢光顯微鏡影像圖像，具有5μm的最小內部線寬以及11μm的孔隙大小。（來源：MIT）
另一項展示是印刷膠體量子點油墨(CdSe/ZnS)，具有5μm的最小內部線寬以及直徑11μm的孔隙尺寸。
為了確保精確的印刷，以及施加施加合適的印模壓力以實現(xiàn)纖薄均勻的結果，研究團隊開發(fā)出一種模型，考慮壓印和基底的粗糙度以及油墨中的奈米顆粒濃度。
在此研究中，印刷圖案的解析度可能受限于所使用的微影設備解析度，研究人員認為，采用單壁CNT明顯較小(1-2nm)的直徑與間距，可望有助于將柔性印刷推向次微米的特性。
研究人員期，多層的卷對卷印刷途徑可望以低本的工業(yè)規(guī)模實現(xiàn)完整的電路與能量采集解決方案。其應用領域包括從食品包裝上無所不在的感測器，到印刷在玻璃窗上的天氣監(jiān)測解決方案。
在整個印刷過程中，將油墨從奈米多孔壓印轉移到目標基板.
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