- 2021-5-20
- Nessan Cleary 記事紹介
金属ナノ粒子を含むインクは、プリンテッド・エレクトロニクス用の導電材料として最もよく使用されています。しかし、ノッティンガム大学と国立物理学研究所が行った研究では、金属ナノ粒子（MNP）インクに含まれる非常に薄い有機安定剤の残留層が、3Dプリント材料や電子デバイスの導電性の低下につながることがわかりました。
A new study has investigated the loss of conductivity in 3D printed materials and electronic devices.
今回の研究では、3Dプリントされた材料や電子デバイスの導電性の低下について調査しました。
インクジェットで金属ナノ粒子（MNP）材料の層を形成すると、設計の自由度が高まり、迅速な処理が可能になり、センサー、ソーラーパネル、LEDディスプレイ、トランジスタ、スマートテキスタイルなどの機能的な電子デバイスを 3Dプリントすることができます。しかし、金属ナノ粒子をインクジェット印刷して形成した層は、水平方向と垂直方向で電気伝導度が異なる。この現象は「機能的異方性」と呼ばれ、機能的な電子デバイスを 3Dプリントする際の長年の課題となっており、高度なアプリケーションへの利用を妨げています。
これまでは、垂直方向の導電性が低下することが原因と考えられていましたが、その原因は、構成するナノ粒子の界面における形状や物理的な連続性の問題であると考えられていました。
しかし、ノッティンガム大学の研究者たちは、銀ナノ粒子を用いて、実際にはインクに含まれる有機化学物質の残留物が原因であることを実証しました。この残留物は、ナノ材料を安定化させるためにインクに添加されるもので、導電性の低い非常に薄いナノスケールの層が形成され、印刷されたサンプルの垂直方向の導電性が阻害されます。今回の発見により、インクジェット方式の 3Dプリンテッド・エレクトロニクスにおいて、この機能的異方性を克服するための新しい技術や新しいインクの処方の開発が可能になるでしょう」と述べています。
本研究の筆頭著者である Centre for Additive Manufacturingのリサーチフェロー、Gustavo Trindade博士は次のように述べています。「この新たな知見は、インクジェットベースのナノ粒子の機能的異方性を克服するルートの開発を可能にし、その結果、この変革の可能性を秘めた技術の普及を促進し、従来の製造業との競争力を高めることができます。本研究のアプローチは、グラフェンや機能性ナノクリスタルを含む他のナノ材料ベースのインクにも適用可能であり、フレキシブルでウェアラブルなセンサー、ソーラーパネル、LEDディスプレイ、トランジスタ、スマートテキスタイルなど、2Dおよび 3Dプリンテッドエレクトロニクスの開発と利用を可能にするでしょう」と述べています。
この研究は、Centre for Additive Manufacturing (CfAM)が、EPSRCが出資する 585万ポンドのプログラムグラント「Enabling Next Generation Additive Manufacturing」の下で実施しました。この研究成果は、ネイチャー誌「Communications Materials」に掲載された新しい論文「Residual polymer stabiliser causes anisotropic conductivity in metal nanoparticle 2D and 3D printed electronics」に掲載されています。CfAMに関する詳しい情報は、nottingham.ac.ukをご覧ください。
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