संकर स्मार्ट सेंसर के निर्माण के लिए मुद्रण
Summary
यहां हम inkjet के निर्माण के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत-additives निर्मित सब्सट्रेट और पंनी पर बहुपरत संवेदक संरचनाओं मुद्रित ।
Abstract
एक विधि additives निर्मित सब्सट्रेट या पन्नी और सेंसर उपकरणों के निर्माण के लिए बहुपरत inkjet छपाई गठबंधन करने के लिए प्रस्तुत किया है. सबसे पहले, तीन सब्सट्रेट (acrylate, चीनी मिट्टी की चीज़ें, और तांबे) तैयार कर रहे हैं । इन सब्सट्रेट, profilometer, संपर्क कोण, स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM), और ध्यान केंद्रित आयन बीम (मिथ्या) माप के परिणामी सामग्री गुणों का निर्धारण करने के लिए किया जाता है । प्राप्त मुद्रण संकल्प और प्रत्येक सब्सट्रेट के लिए उपयुक्त ड्रॉप मात्रा कर रहे हैं, तो, ड्रॉप आकार परीक्षणों के माध्यम से पाया. फिर, अछूता और प्रवाहकीय स्याही की परतें inkjet है मुद्रित करने के लिए लक्ष्य संवेदक संरचनाओं बनाना । प्रत्येक मुद्रण कदम के बाद, संबंधित परतों नैनोवायर इलाज द्वारा व्यक्तिगत इलाज कर रहे हैं । प्रत्येक परत के इलाज के लिए इस्तेमाल किया मापदंडों मुद्रित स्याही पर निर्भर करता है, साथ ही संबंधित सब्सट्रेट की सतह संपत्तियों पर अनुकूलित कर रहे हैं । परिणामी चालकता की पुष्टि करने के लिए और मुद्रित सतह की गुणवत्ता का निर्धारण करने के लिए, चार सूत्री जांच और profilometer माप किया जाता है । अंत में, एक माप सेट अप और परिणाम इस तरह के एक सभी मुद्रित संवेदक प्रणाली द्वारा प्राप्त प्राप्त गुणवत्ता प्रदर्शित करने के लिए दिखाए जाते हैं ।
Introduction
Additive विनिर्माण (AM) एक प्रक्रिया है जहां सामग्री 3 डी मॉडल डेटा से वस्तुओं को शामिल कर रहे है के रूप में मानकीकृत है । यह आमतौर पर परत पर परत किया जाता है और, इस प्रकार, इस तरह के अर्धचालक निर्माण के रूप में, उपतंत्र विनिर्माण प्रौद्योगिकियों के साथ विरोधाभासों । समानार्थी शब्द 3d मुद्रण, additive निर्माण, additive प्रक्रिया, additive तकनीक, additive परत निर्माण, परत विनिर्माण, और मुक्ताकार निर्माण शामिल हैं । ये समानार्थी शब्द परीक्षण और सामग्री (एएसटीएम)1 के अमेरिकन सोसायटी द्वारा मानकीकरण से reproduced एक अद्वितीय परिभाषा प्रदान कर रहे हैं । साहित्य में, 3d मुद्रण प्रक्रिया के रूप में संदर्भित किया जाता है जहां मुद्रित वस्तुओं की मोटाई सेंटीमीटर की सीमा में भी मीटर2करने के लिए है ।
अधिक सामांय प्रक्रियाओं, जैसे stereolithography3, पॉलिमर की छपाई सक्षम है, लेकिन धातु के 3d मुद्रण भी पहले से ही व्यावसायिक रूप से उपलब्ध है । धातुओं की एएम कई गुना क्षेत्रों में कार्यरत है, जैसे मोटर वाहन, एयरोस्पेस4के लिए, और चिकित्सा5 क्षेत्रों । एयरोस्पेस संरचनाओं के लिए एक लाभ की संभावना सरल संरचनात्मक परिवर्तन के माध्यम से हल्का उपकरणों प्रिंट (जैसे, एक छत्ते डिजाइन का उपयोग करके) है । नतीजतन, सामग्री के साथ, उदाहरण के लिए, अधिक यांत्रिक शक्ति, कि अंयथा वजन का एक महत्वपूर्ण राशि जोड़ना होगा (जैसे, टाइटेनियम के बजाय एल्यूमीनियम)6, कार्यरत किया जा सकता है ।
जबकि पॉलिमर के 3d प्रिंटिंग पहले से ही अच्छी तरह से स्थापित है, धातु 3d मुद्रण अभी भी एक जीवंत अनुसंधान विषय है, और कई प्रक्रियाओं की एक किस्म धातु संरचनाओं के 3d मुद्रण के लिए विकसित किया गया है । मूलतः, उपलब्ध तरीकों चार समूहों7,8, अर्थात् 1 में संयुक्त किया जा सकता है) एक तार में cladding के लिए एक लेज़र या इलेक्ट्रॉन बीम का प्रयोग-फेड प्रक्रिया, 2) sintering एक लेजर या इलेक्ट्रॉन बीम, 3 का उपयोग कर सिस्टम) चुनिंदा पिघलने पाउडर का उपयोग एक लेजर या इलेक्ट्रॉन बीम (पाउडर बिस्तर संलयन), और 4) एक बांधने की मशीन jetting प्रक्रिया जहां, सामांयतः, एक पाउडर सब्सट्रेट पर एक inkjet प्रिंट सिर चाल और बाध्यकारी एजेंट तिरस्कृत ।
प्रक्रिया के आधार पर, संबंधित निर्मित नमूनों अलग सतह और संरचनात्मक गुण7प्रदर्शन करेंगे । इन विभिंन गुणों को आगे के प्रयासों में विचार करना होगा और मुद्रित भागों functionalize (जैसे, उनकी सतहों पर सेंसर गढ़े द्वारा) ।
3d मुद्रण के विपरीत, मुद्रण प्रक्रियाओं को ऐसी एक functionalization प्राप्त करने के लिए (जैसे, स्क्रीन और inkjet मुद्रण) से कम १०० एनएम9 से कुछ micrometers तक ही सीमित वस्तु ऊंचाइयों को कवर और कर रहे हैं, इस प्रकार, अक्सर भी कहा जाता है के रूप में 2.5 d-मुद्रण । वैकल्पिक रूप से, उच्च संकल्प पैटर्न के लिए लेजर आधारित समाधान भी10,11प्रस्तावित किया गया है । मुद्रण प्रक्रियाओं की एक व्यापक समीक्षा, नैनोकणों के थर्मल निर्भर पिघल तापमान, और आवेदन12Ko द्वारा दिया जाता है ।
हालांकि स्क्रीन प्रिंटिंग अच्छी तरह से साहित्य13,14में स्थापित है, inkjet मुद्रण एक बेहतर सुधार की क्षमता प्रदान करता है, एक साथ छोटे सुविधा के आकार के मुद्रण के लिए एक वृद्धि की संकल्प के साथ । इसके अलावा, यह एक डिजिटल, गैर संपर्क मुद्रण विधि तीन आयामी पर कार्यात्मक सामग्री के लचीले जमाव को सक्षम करने के लिए है । नतीजतन, हमारा काम inkjet छपाई पर केंद्रित है ।
Inkjet मुद्रण प्रौद्योगिकी पहले से ही धातु के निर्माण में नियोजित किया गया है (चांदी, सोना, प्लेटिनम, आदि) संवेदन इलेक्ट्रोड । आवेदन क्षेत्रों तापमान माप15,16, दबाव और तनाव संवेदन17,18,19, और संवेदन20,21, साथ ही गैस या वाष्प शामिल विश्लेषण22,23,24। सीमित ऊंचाई विस्तार के साथ इस तरह के मुद्रित संरचनाओं के इलाज के थर्मल25, माइक्रोवेव26, विद्युत27, लेजर28, और नैनोवायर29 सिद्धांतों के आधार पर विभिन्न तकनीकों का उपयोग किया जा सकता है ।
inkjet के लिए नैनोवायर इलाज-मुद्रित संरचनाओं शोधकर्ताओं उच्च ऊर्जा का उपयोग करने के लिए अनुमति देता है, इलाज, एक कम तापमान प्रतिरोध के साथ सब्सट्रेट पर प्रवाहकीय स्याही. इस परिस्थिति का दोहन, 2.5 d-और 3d मुद्रण प्रक्रियाओं के संयोजन के लिए स्मार्ट पैकेजिंग30,31,३२ और स्मार्ट संवेदन के क्षेत्र में अत्यधिक लचीला प्रोटोटाइप बनाना नियोजित किया जा सकता है ।
3d मुद्रित धातु सब्सट्रेट की चालकता एयरोस्पेस क्षेत्र के लिए ब्याज की है, साथ ही साथ चिकित्सा क्षेत्र के लिए. यह न सिर्फ कुछ भागों की यांत्रिक स्थिरता में सुधार करता है, लेकिन निकट क्षेत्र में लाभप्रद है और साथ ही समाई संवेदन । एक 3d-मुद्रित धातु आवास सेंसर के सामने के अंत के अतिरिक्त परिरक्षण/पहरा प्रदान करता है क्योंकि यह बिजली से जुड़ा हो सकता है ।
उद्देश्य AM प्रौद्योगिकी का उपयोग कर उपकरणों बनाना है । इन उपकरणों की माप वे के लिए कार्यरत है में एक पर्याप्त उच्च संकल्प प्रदान करना चाहिए (अक्सर माइक्रो या नेनो पर) और, एक ही समय में, वे उच्च विश्वसनीयता और गुणवत्ता के बारे में मानकों को पूरा करना चाहिए ।
यह दिखाया गया है कि AM प्रौद्योगिकी पर्याप्त लचीलेपन के साथ उपयोगकर्ता प्रस्तुत करने के लिए अनुकूलित डिजाइन३३,३४ जो समग्र माप गुणवत्ता है कि प्राप्त किया जा सकता है में सुधार बनाना । इसके अतिरिक्त, पॉलिमर और एकल परत inkjet मुद्रण के संयोजन पिछले अनुसंधान में प्रस्तुत किया गया है३५,३६,३७,३८।
इस काम में, उपलब्ध अध्ययन बढ़ा रहे हैं, और कर रहे हैं सब्सट्रेट के भौतिक गुणों के बारे में एक समीक्षा, धातुओं पर ध्यान देने के साथ, और बहुपरत inkjet छपाई और नैनोवायर इलाज के साथ उनकी अनुकूलता प्रदान की जाती है. एक अनुकरणीय बहुपरत कुंडल डिजाइन अनुपूरक चित्रा 1में प्रदान की जाती है । परिणाम बहुपरत संवेदक संरचनाओं के inkjet मुद्रण के लिए रणनीतियों पर कर रहा हूं प्रदान करने के लिए इस्तेमाल कर रहे है धातु सब्सट्रेट ।
Protocol
Representative Results
Discussion
एक तरह से 3 डी-मुद्रित सब्सट्रेट और पंनी पर बहुपरत सेंसर संरचनाओं बनाना प्रदर्शन किया है । हूं धातु, के रूप में के रूप में अच्छी तरह से चीनी मिट्टी और acrylate प्रकार और पंनी सब्सट्रेट बहुपरत inkjet मुद्रण के लिए उ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को धूमकेतु K1 ASSIC ऑस्ट्रिया के स्मार्ट सिस्टम्स इंटीग्रेशन रिसर्च सेंटर ने सपोर्ट किया है. धूमकेतु-उत्कृष्ट प्रौद्योगिकियों के लिए क्षमता केंद्रों-कार्यक्रम BMVIT, BMWFW, और कारिंथिया और Styria के संघीय प्रांतों द्वारा समर्थित है ।
Materials
| PiXDRO LP 50 | Meyer Burger AG | Inkjet-Printer with dual-head assembly. | |
| SM-128 Spectra S-class | Fujifilm Dimatix | Printheads with nozzle diameter of 50 µm, 50 pL calibrated dropsize and 800 dpi maximum resolution. | |
| DMC-11610/DMC-11601 | Fujifilm Dimatix | Disposable printheads with nozzle diameter 21.5 µm, 1 or 10 pL calibrated dropsize | |
| Sycris I50DM-119 | PV Nanocell | Conductive silver nanoparticle ink with 50 wt.% silver loading, with an average particle size of 120 nm, in triethylene glycol monomethyl ether. | |
| Solsys EMD6200 | SunChemical | Insulating, low-k dielectric ink which is a mixture of acrylate-type monomers. Viscosity is 7-9 cps. | |
| Dycotec DM-IN-7002-I | Dycotec | UV curable insulator, Surface Tension: 37.4 mN/m | |
| Dycotec DM-IN-7003C-I | Dycotec | UV curable insulator, Surface Tension: 29.7 mN/m | |
| Dycotec DM-IN-7003-I | Dycotec | UV curable insulator, Surface Tension: 31.4 mN/m | |
| Dycotec DM-IN-7004-I | Dycotec | UV curable insulator, Surface Tension: 27.9 mN/m | |
| Pulseforge 1200 | Novacentrix | Photonic curing/sintering equipment. | |
| DektatkXT | Bruker | Stylus Profiler with stylus tip of 12.5 µm diameter and constant force of 4 mg. | |
| C4S | Cascade Microtech | Four-point-probe measurement head. | |
| 2000 | Keithley | Multimeter to evaluate the measurements using the four-point-probe. | |
| Helios NanoLab600i | FEI | Focused Ion Beam analysis station which provides high-energy gallium ion milling. | |
| SeeSystem | Advex Instruments | Water contact angle measurement device. | |
| Projet 3500 HDMax | 3D Systems | Professional high-resolution polymer 3D-printer. See also (accessed Sep. 2018): https://www.3dsystems.com/sites/default/files/projet_3500_plastic_0115_usen_web.pdf | |
| Polytec PU 1000 | Polytec PT | Electrically conductive adhesive based on Polyurethane, available | |
| Microdispenser | Musashi | Needle for microdispensing. | |
| Micro-assembly station | Finetech | Equipment for assembly of, e.g., printed circuit boards (PCBs) and placing of chemicals (e.g. solder) and SMD parts. |
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