新型墨水和普通筆,繪製可工作的電路

銀基墨水,從圓珠筆中流出,繪製為燈供電的電路

man soldering a circuit

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想把一些節日彩燈串起來?或者測試一個電路的想法?一種新型的彈性銀墨水可以讓使用者用普通的圓珠筆在牆壁和紙張上快速繪製電路和佈線(ACS Nano,2015,DOI:10.1021/acsnano.5b05082)。

這種墨水由銀鹽和粘合橡膠製成,可以粘附在各種表面上,並且即使重複彎曲,產生的電路仍保持導電性。如果線路斷開,重新描繪線條就可以修復。“這是一種製作手繪可拉伸電路的非常簡單的方法,” 西安大略大學機械與材料工程教授 Jun Yang 說。“你可以很容易地製作可穿戴電子產品,”他說。“只需手繪一個電路,就可以製作一件個性化的 T 恤。”

導電銀墨水已經上市幾年了,並被用於印刷柔性電路。但這些墨水不適合用於鋼筆,因為它們是由銀奈米顆粒製成的,這些顆粒容易聚集並堵塞筆尖,Yang 說。其他研究人員已經報道了使用銀奈米顆粒基墨水的筆寫電路。但這些墨水也會隨著時間的推移而堵塞,或者僅在特定的基材上起作用。此外,它們不會產生可拉伸的佈線。


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Yang 和他的同事透過將三氟乙酸銀鹽和苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯(SIS)橡膠粘合劑混合到丁酮溶劑中,配製了一種不含奈米顆粒的墨水。他們還添加了少量新增劑溶劑,如二甲基乙醯胺,以提高墨水的流動性。

該團隊使用裝滿墨水的圓珠筆在各種基材(如紙張、塑膠和可拉伸的 SIS 薄膜)上繪製線條。一旦墨水乾燥,他們線上條上刷上一層甲醛和氫氧化鈉的溶液,將銀鹽還原為金屬銀奈米顆粒,使墨水導電。線條必須多次描繪和還原才能具有良好的導電性。在光滑的表面(如塑膠)上書寫時,導電性更強。

作為演示,研究人員製作了一個由 14 個 LED 燈組成的愛心形燈串,這些燈用筆跡連線。即使橡膠基材彎曲、扭曲和拉伸,燈仍然亮著。

Yang 說,這個概念可以用來製作含有其他金屬(如銅)的墨水。研究人員成立了一家初創公司 Nectro,以製造和銷售一種雙頭筆,其中一端是書寫筆尖,另一端是擦除筆尖,其中含有墨水,允許使用者糾正錯誤並重新繪製電路。

密歇根大學化學工程教授 Nicholas A. Kotov 說,手繪電路的簡單性在技術上很有吸引力。與之前製作手繪電路的努力相比,這項工作的新穎之處在於書寫後將液體墨水轉化為固體、基於奈米顆粒的導體,他說。“這項技術對不堵塞的圓珠筆的適應性非常顯著。”

本文經 《化學與工程新聞》 (©美國化學學會)許可轉載。該文章於2015年12月18日首次發表

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