Tintas contendo nanopartículas de metal estão entre os materiais condutores mais comumente usados ​​para eletrônicos impressos. Camadas de jato de tinta de materiais MNP permitem flexibilidade de design sem precedentes, processamento rápido e impressão 3D de dispositivos eletrônicos funcionais, como sensores, painéis solares, Displays de LED, transistores e têxteis inteligentes.

A impressão 3D a jato de tinta de metais normalmente forma um objeto sólido impresso por meio de um processo de duas etapas:evaporação do solvente na impressão (fixação) e subsequente consolidação de nanopartículas em baixa temperatura (sinterização). A baixa temperatura é importante, pois em muitas aplicações as nanopartículas são impressas em conjunto com outros materiais orgânicos funcionais / estruturais que são sensíveis a altas temperaturas.

Contudo, camadas produzidas por impressão a jato de tinta de nanopartículas de metal têm condutividade elétrica diferente entre as direções horizontal e vertical. Este efeito é conhecido como anisotropia funcional e é um problema antigo para a impressão 3D de dispositivos eletrônicos funcionais, impedindo seu uso para aplicações avançadas.

Anteriormente, pensava-se que a condutividade vertical reduzida através de um dispositivo impresso é causada principalmente por problemas de forma e continuidade física nas interfaces das nanopartículas constituintes (em micro e nanoescala muito pequenas). Contudo, Os pesquisadores de Nottingham usaram nanopartículas de prata para mostrar, pela primeira vez, que é causado por resíduos de produtos químicos orgânicos nas tintas.

Esses resíduos, que são adicionados às tintas para ajudar a estabilizar os nanomateriais, levar à formação de baixa condução, camadas em nanoescala muito finas que interferem na condutividade elétrica da amostra impressa na direção vertical.

Com uma compreensão mais clara da distribuição de aditivos orgânicos residuais nas camadas impressas, os pesquisadores esperam definir novas técnicas e desenvolver novas formulações de tinta para superar a anisotropia funcional da eletrônica impressa em 3D baseada em jato de tinta.

Autor principal, CfAM Research Fellow Dr. Gustavo Trindade, disse, "A condutividade das nanopartículas metálicas impressas a jato de tinta é conhecida por ser dependente da temperatura de processamento e foi anteriormente atribuída a mudanças na forma e porosidade das nanopartículas agrupadas, com o papel dos resíduos orgânicos sendo apenas especulado. "

"Este novo insight permite o desenvolvimento de rotas para superar a anisotropia funcional em nanopartículas baseadas em jato de tinta, e irá, portanto, melhorar a aceitação desta tecnologia potencialmente transformacional, tornando-o competitivo com a fabricação convencional. Nossa abordagem é transferível para outras tintas baseadas em nanomateriais, incluindo aquelas contendo grafeno e nanocristais funcionalizados, e permitirá o desenvolvimento e a exploração de eletrônicos impressos em 2D e 3D, como sensores flexíveis e vestíveis, painéis solares, Displays de LED, transistores e têxteis inteligentes. "

O estudo foi realizado pelo Centro de Fabricação de Aditivos (CfAM), sob o subsídio do programa financiado pelo EPSRC de £ 5,85 milhões, Habilitando a Manufatura Aditiva de Próxima Geração. Suas descobertas foram publicadas em um novo artigo 'Estabilizador de polímero residual causa condutividade elétrica anisotrópica durante a impressão a jato de tinta de nanopartículas de metal' no jornal Nature Materiais de comunicação.

Os pesquisadores usaram a sensibilidade química única de um instrumento orbiSIMS 3D de última geração, de propriedade da Universidade de Nottingham. O orbiSIMS de Nottingham - o único em uma universidade do Reino Unido - permite imagens químicas 3D sem rótulos de materiais com resolução muito alta, revelando ideias que informaram este estudo.