Fysiker Laser Print Conducting Polymer Circuits

Ledande polymerer är plaster som leder ström. Detta är en framväxande teknik som börjar få en betydande inverkan på områden som sträcker sig från solceller och kretskort till batterier och biologiska sensorer.

Fördelarna med plastledare är många. De är billiga, flexibla och lätta. De är också enkla att göra och att forma till användbara kretsar. Åtminstone i teorin.

I praktiken har de flesta tillverkningstekniker subtila nackdelar som inte är lätta att övervinna. Till exempel börjar dessa tekniker i allmänhet med polymeren i flytande form. Den sprayas, snurras eller beläggs med bläckstråleskrivare på ett substrat.

Problemet med flytande polymerer är att de kräver ett lösningsmedel och detta kan sluta med att skiktet nedanför löses upp, om det till exempel är en annan polymer.

Lösningsmedel leder också till andra problem som kafferingeffekten där polymerer tenderar att koncentreras vid kanten av en droppe när den torkar.

Idag visar Maria Kandyla vid National Technical University of Athens i Grekland och ett par kompisar en väg runt detta problem som inte är beroende av flytande polymerer. Istället använder de laserablation för att avsätta en fast polymer direkt på ett substrat och därigenom undvika lösningsmedel helt och hållet.

Dessa killar börjar med att skapa ett lager av den ledande polymeren som krävs på en skiva av glas eller kvarts. Detta kallas donatorsubstratet och det görs på vanligt sätt, som t.ex. spinnbeläggning med vätska och låter den torka.

De placerar sedan ett annat substrat - det mottagande substratet - bredvid donatorsubstratet, vänd mot lagret av ledande polymer. De två skikten berörs dock inte och förblir åtskilda av ett gap på några mikrometer.

I det sista steget avfyrar Kandyla och co en laser genom glassubstratet som är fokuserat på polymerskiktet. Denna korta energiskur skapar en stötvåg som driver en liten mängd polymer på det mottagande substratet.

Genom att flytta donatorsubstratet och det mottagande substratet använder Kandyla och co denna process för att deponera 2D-mönster av vilken form som helst.

Och eftersom polymeren överförs som ett fast ämne, undviker de alla problem som är förknippade med lösningsmedel.

Kandyla och co har testat sin process genom att skriva ut fotovoltaiska kretsar av en ledande polymer som kallas P3HT:PCBM på olika substrat.

De har också skrivit ut biologiska avkänningskretsar med en ledande polymer som kallas polyanilin. Det är praktiskt eftersom lösningsmedel kan störa biologiska mätningar och förstöra dem.

Det är mer jobb framför sig såklart. En oro är att laserablation kan förändra den kemiska sammansättningen av polymerer. Kandyla och co kommer att behöva göra mer för att visa att tekniken producerar högkvalitativa kretsar på ett sätt som är repeterbart till låg kostnad.

Och det här är inte första gången som forskare har använt laserutskrift för att göra ledande kretsar av organiskt material. Lysdioder har till exempel redan gjorts på detta sätt.

Men det nya arbetet utökar utbudet av enheter som kan dra nytta av tekniken. Räkna med att höra mer om det.

Ref: arxiv.org/abs/1211.3158 : Laserinducerad framåtöverföring av ledande polymerer

Dölj