Технології

Вчені перемогли ефект «кавового кільця»: 3D-друк з графену

Фізики знайшли рецептуру графенових чорнил, що дозволяють друкувати на принтері робочі компоненти електроприладів.

Якщо ви коли-небудь проливали каву на стіл, то, самі того не підозрюючи, ставали свідками одного з найбільш загадкових явищ механіки рідин — «ефекту кавового кільця». В наші дні саме воно перешкоджає промисловому впровадженню графенових чорнил, двовимірних матеріалів і наночастинок, оскільки через нього електронні пристрої поводяться нестабільно.

Кавові кільця утворюються, тому що рідина швидше випаровується по краях, викликаючи накопичення твердих частинок, що призводить до характерного темного кільця на поверхні. Чорнило поводиться як кава — частинки чорнила накопичуються по краях, створюючи неправильні форми і нерівні поверхні, особливо при друку на твердих поверхнях, таких як силіконові пластини або пластмаси.

Після довгих років вивчення цього процесу групі дослідників вдалося створити нове покоління чорнил, яке вирішує цю проблему і, в теорії, дозволяє виготовляти електроніку на базі графенових систем — від датчиків і батарей до сонячних панелей.

Вчені вивчали фізику об’єднання крапель чорнила, відстежуючи частинки за допомогою високошвидкісної мікрофотографії. У підсумку найкраще показала себе спиртове середовище, а саме суміш ізопропілового спирту і 2-бутанолу. У такій суміші частинки чорнила мають тенденцію рівномірно розподілятися по краплі, створюючи форми з однаковою товщиною і властивостями. Результати дослідження опубліковані в журналі Science Advances.

«Природна форма крапель чорнила — сферична, однак з-за свого складу наші краплі чорнила приймають форму млинців», — розповів Хасан Тауфік з Кембриджського графенового центру, один з авторів дослідження.

При висиханні нові краплі спиртових чорнил плавно деформуються по поверхні, рівномірно розподіляючи частинки. Застосовуючи цю універсальну формулу, виробники могли б використовувати струменевий друк як дешеву і легкодоступну технологію виготовлення електронних пристроїв і датчиків. У нових чорнилах також не задіяні полімери або поверхнево-активні речовини — комерційні добавки, використовувані для усунення ефекту кавового кільця, але водночас порушують електронні властивості графену та інших двовимірних матеріалів.

Що найбільш важливо, нова методологія забезпечує відтворюваність і масштабованість — дослідникам вдалося надрукувати 4500 майже ідентичних пристроїв на кремнієвій пластині та пластиковій підкладці. Зокрема, вони надрукували газові датчики та фотодетектори, які показують дуже невеликі відмінності в продуктивності. Раніше вважалася успішний друк декількох сотень таких пристроїв, навіть якщо вони показували нерівномірну поведінку.

Натхнення: www.popmech.ru

Кнопка «Наверх»
Закрыть