據(jù)麥姆斯咨詢介紹，能夠精確沉積微小液滴的系統(tǒng)可用于將金屬、有機(jī)電子、石墨烯納米結(jié)構(gòu)等材料印刷到各種基底上。美國(guó)SonoPlot公司是柔性印刷電子行業(yè)知名的微納米材料沉積噴墨打印系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商，其開(kāi)發(fā)的Microplotters系統(tǒng)為下一代柔性電子產(chǎn)品（包括電極陣列、微流控應(yīng)用、傳感器和石墨烯電子器件等）的快速原型制作提供了一種獨(dú)特制造方案。

從生物電子到石墨烯器件，越來(lái)越多新興的柔性電子應(yīng)用都要求能夠?qū)?dǎo)電、介電和半導(dǎo)體材料精確沉積到各種柔性基底上。對(duì)于這些應(yīng)用，與接觸印刷相比，非接觸印刷制造通常可以提供更低的成本和材料損耗。不過(guò)，廣泛應(yīng)用的絲網(wǎng)印刷和噴墨印刷方案在均勻性和圖案分辨率方面通常表現(xiàn)不佳。

SonoPlot公司開(kāi)發(fā)的Microplotters系統(tǒng)提供了一種替代制造方案。Microplotters臺(tái)式系統(tǒng)采用獨(dú)特的超聲波諧振釋放機(jī)制，可以沉積皮升量級(jí)的各種油墨，包括金屬納米顆粒、導(dǎo)電聚合物、石墨烯納米結(jié)構(gòu)等很多材料的懸浮液。這種獨(dú)特印刷技術(shù)的特征尺寸可以覆蓋5~200 μm，結(jié)合高精度定位系統(tǒng)，沉積特征不均勻度低至10%。與絲網(wǎng)印刷和噴墨技術(shù)相比，Microplotters在精度、靈活性和成本方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

微流控應(yīng)用的印刷電子

微流控已成為操縱小體積液體的成熟技術(shù)。20世紀(jì)初，微尺度液體流動(dòng)的基本問(wèn)題得到了很好的解決，現(xiàn)代微流控技術(shù)研究的重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)包含多種流體、機(jī)械和/或電子元件的“集成”器件。

這類器件能夠?qū)⒎块g大小的實(shí)驗(yàn)室功能整合到一顆僅芯片大小的微流控器件中。這些器件通常被稱為“芯片實(shí)驗(yàn)室”或微型全分析系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景，包括生物和化學(xué)分析以及即時(shí)醫(yī)療診斷等。

然而，電子技術(shù)和微流體技術(shù)的整合并沒(méi)有那么簡(jiǎn)單。微流控器件通常由非常適合構(gòu)建微流控通道的彈性材料（如塑料和硅橡膠）制成，能夠用于開(kāi)發(fā)柔性生物相容性器件。

而另一方面，電子元件的主要制造材料通常是剛性的。傳統(tǒng)的半導(dǎo)體、絕緣體和金屬導(dǎo)體在機(jī)械上并不匹配采用柔性、變形性材料的微流控器件。這限制了集成電子/微流控器件的機(jī)械變形性和可靠性。

為了解決這類問(wèn)題，業(yè)界開(kāi)發(fā)了共軛聚合物（CP）和有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（OFET）等很多柔性聚合物基電子材料應(yīng)用于微流控器件。這類材料與微流控基材的機(jī)械兼容性更強(qiáng)，還可以兼容非接觸印刷技術(shù)。

Microplotters系統(tǒng)是制造集成電子/微流控器件的理想方案，具有所需要的精度和均勻性，并兼容非常廣泛的材料，包括用于聚合物電子的各種材料。Microplotters提供了標(biāo)準(zhǔn)噴墨打印機(jī)無(wú)法比擬的性能：能夠在沉積過(guò)程中對(duì)聚合物薄膜進(jìn)行原位修飾，可以打印真正連續(xù)的線條（與噴墨打印機(jī)不同，噴墨打印機(jī)需要多個(gè)液滴合并）。

印刷微電極陣列

微電極陣列（MEA）是一種包含數(shù)十到數(shù)千個(gè)微電極的小型器件。MEA的高電極密度使其適用于各種生物電子學(xué)應(yīng)用，特別是可以在體外讀取和/或刺激神經(jīng)元的神經(jīng)植入物。此類器件最有前景的應(yīng)用可能是幫助恢復(fù)生物功能的生物醫(yī)學(xué)植入物。2016年，曾有實(shí)驗(yàn)利用這類器件成功緩解了脊柱損傷靈長(zhǎng)類動(dòng)物的步態(tài)缺陷。

不過(guò)，此前的大部分MEA器件研究通?；诠杌蚓酆衔锊牧希@些材料的生物相容性較差，它們的物理和機(jī)械特性可能導(dǎo)致神經(jīng)元的炎癥反應(yīng)或功能喪失。為了解決這個(gè)問(wèn)題，最近很多研究集中在具有更高生物相容性的柔性MEA方向。

通過(guò)將碳電極沉積在聚二甲基硅氧烷（PDMS）和水凝膠上，噴墨印刷已成功用于生物電子MEA接口的開(kāi)發(fā)。然而，噴墨印刷技術(shù)通常需要較高的操作成本，才能達(dá)到此類應(yīng)用所需要的均勻性和精確度。SonoPlot公司的Microplotters系統(tǒng)能夠以更低的成本提供更高的性能，這使得它們成為制造柔性MEA和其他生物醫(yī)學(xué)器件的理想候選技術(shù)。并且，Microplotters系統(tǒng)可以打印標(biāo)準(zhǔn)噴墨印刷使用的所有油墨，以及其它各種油墨。

用石墨烯印刷下一代電子器件

美國(guó)密歇根州立大學(xué)（Michigan State University）的研究人員通過(guò)使用Microplotters系統(tǒng)成功打印了基于石墨烯的集成電路和薄膜晶體管，展示了該系統(tǒng)在可打印柔性電子領(lǐng)域的能力。其研究小組使用SonoPlot公司的Microplotters系統(tǒng)將碳納米管懸浮液滴沉積在了PDMS基底上。

該方案為利用超聲波沉積技術(shù)生產(chǎn)下一代石墨烯基柔性電子器件奠定了基礎(chǔ)。SonoPlot的Microplotters系統(tǒng)可以打印0~450厘泊的油墨和粒徑從納米級(jí)到15微米的懸浮液。這使其適用于有機(jī)納米顆粒油墨、聚合物以及石墨烯納米結(jié)構(gòu)的印刷制造。

SonoPlot目前提供兩款Microplotters系統(tǒng)：入門(mén)級(jí)的Microplotters Proto和超精密的Microplotters II。這兩款系統(tǒng)旨在為微陣列和聚合物電子市場(chǎng)提供更高的打印精度和靈活性。

責(zé)任編輯：lq