カーボン ナノチューブの森が電子インクを表面にスタンプする

12年ほど前、私は印刷と包装におけるナノマテリアルの将来に関するレポートを書きました。 この本のコピーは今では私の本棚にしか残っていないかもしれないが、ナノマテリアルをこれらの分野にどのように応用できるかについて私の意見を伝えるのに長い間役立ってきたし、最近では数年前にこれらのページの記事に貢献した。 基本的な質問: 本質的に使い捨てアイテムであるナノマテリアルを、安価にパッケージに実装するにはどうすればよいでしょうか?

それは簡単なことではありませんでした。 しかし、MITの研究者らは、カーボンナノチューブを柔軟な表面上に配置し、高解像度ディスプレイの個々のピクセルを制御するトランジスタとして機能させることができる、低コストで堅牢なスタンピング方法を発見したと信じている。

Science Advances 誌に掲載された研究によると、カーボン ナノチューブを表面に付着させるために開発された技術は、この応用分野ではかなり進歩していると考えられてきたインクジェット印刷技術の使用を避けています。 代わりに、彼らはかなり古い印刷技術であるスタンプに目を向けました。

もちろん、スタンピング技術は以前にも試みられましたが、インクジェット印刷と同じ問題、つまり細部がぼやけたり、インクがコーヒーリングパターンを残してトランジスタを損傷したりするという問題に遭遇することがよくありました。

研究を主導したマサチューセッツ工科大学（MIT）准教授のA・ジョン・ハート氏はプレスリリースで「既存の印刷プロセスには、印刷される層の形状サイズと厚さの制御に重大な限界がある」と述べた。 「特定の電気的または光学的特性を持つトランジスタや薄膜のようなものにとって、それらの特性は非常に重要です。」

チームの解決策には、ナノ多孔質表面、つまりナノスケールの穴で覆われたスタンプを使用することが含まれていました。 基本的なアイデアは、インクがナノ細孔を均一に通過してターゲット表面に到達できるということでした。 彼らはナノマテリアルのカタログを調べ、古き良きカーボン ナノチューブ、つまりその森に決めました。

「エレクトロニクスの高解像度印刷のソリューションに、長年カーボン ナノチューブを製造してきた当社の背景が活用されているのは、ある意味思いがけないことです」とハート氏は言います。 「カーボン ナノチューブの森は、多数の小さなペンの羽根のようにインクを表面に転写することができます。」

ナノ多孔質スタンプを製造するために、研究者らは以前に開発した技術を使用した。 彼らはカーボンナノチューブを成長させてシリコンの表面にパターンを形成した。 次に、ナノチューブをポリマーでコーティングすることで、ナノチューブの森の中をインクが均一に流れるようにし、スタンプ操作によってチューブが圧縮されないようにしました。

ナノ多孔質表面はこのアプローチの大きな進歩でしたが、研究者らはすぐに、この技術の成功はスタンプにどれだけ均等に圧力がかかるかに大きく依存することを発見しました。 圧力の最適な適用方法を決定するために、研究者らは、ターゲット表面にインクの均一な層を残すために必要な力の量を計算する予測コンピューター モデルも開発しました。

MIT の研究者らは、モーター付きローラーを備えた印刷機を開発することで、生産プロセスの速度を上げるための措置をすでに講じています。 セットアップでは、研究者が加えられる力の量を制御できるように、バネに取り付けられたプラットフォームにさまざまなスタンプを置くだけでした。

「これは連続的な工業プロセスであり、スタンプとローラーがあり、その上にプラスチックフィルムのスプールや電子機器用の特殊紙など、印刷したい基材が置かれます」とハート氏は付け加えた。 「印刷システムで使用するモーターの制限はありましたが、毎秒 200 ミリメートルで連続印刷できることがわかりました。これは、すでに産業用印刷技術の速度と競争力があります。これに加えて、印刷速度が 10 倍向上しました。」私たちが実証した印刷解像度は心強いです。」

研究者らによると、最終製品の品質も高かったという。 電子パターンをアニーリングした後、研究者らは印刷パターン全体で良好な導電率を測定しました。これは、少なくとも高性能透明電極として機能するのに十分な導電率でした。

高品質と迅速な生産がすべて重要です。 しかし、この生産プロセスのコストが、肉が腐ったかどうかを知らせるセンサーを備えたパッケージングなどの用途に十分に低くなるかどうかはまだ分からない。