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プリンティング・エレクトロニクス向けに高分解能3Dプリントしたスタンプ

2019/03/14

エレクトロニクスのコンポーネンツは、Roll to rollプロセスによっても作製可能です。この方式では特殊なスタンプがプリンティング材料を基材に転写します。しかしハローイングやブリッジングといった一般的な欠陥は、エレクトロニクスのアプリケーションにとって、プリントした材料の性能にマイナス方向に影響します。この問題を解決するために、Michael Gallegos氏を中心としたサンディア国立研究所ニューメキシコ大学(アメリカ)の研究者らは、新たなアプローチに取り組みました。それは、計量されたインクを蓄積するための3Dプリントしたメカニカル・メタマテリアルです。それらの多孔質のスタンプは、計量された材料の移動を可能にするために、機械的な変形の間に起こる毛細管現象を利用します。Roll to rollプロセスの主な弱点の一つは、スタンプを持ち上げた後に過剰量のインクが残り、前述した欠陥が生じることです。したがって、研究者らはより制御可能な材料分配の方法を作ることを目指しています。

彼らはマイクロメートルサイズの細孔を持ったスタンプを作成するために、Nanoscribe社の3Dプリンターを使用しました。このスタンピングプロセスにおいて、細孔空間はリザーバーとして機能し、機械的変形は”計量ポンプ”として機能します。多孔質のスタンプを使用すると、スタンプを持ち上げる際に吸水力がインクをスタンプ内に引き上げます。この方法だと、インクが残ることを回避できます。さらに、研究者らは固体のスタンプと比較するために、繊維状のスタンプをプリントしました。繊維の密度に関わらず、繊維状のスタンプはより忠実に、そして固体のスタンプよりも均一なフィルム厚でプリントすることを発見しました。

この流体力学に関する研究は、例えば、費用対効果が高く、至る所に設置するようなセンサといった、多くのアプリケーションへの道を開拓します。MRS Fall 2018において、このチームはこれらの研究に対してベストポスター賞を受賞しました。

図の注釈:
図1:3Dプリントした多孔質スタンプ。図の提供元:Gallegos, Kaehr et al., Sandia National Labs, University of New Mexico
図2:固体のスタンプ(上図)および多孔質スタンプ(下図)のリフトオフメカニズム。図の提供元:Gallegos, Kaehr et al., Sandia National Labs, University of New Mexico

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