Pelapis untuk sirkuit tercetak Elektronik (PCB) ramah lingkungan - Lebih tepat, lebih cepat, lebih murah: Para peneliti di seluruh dunia telah bekerja selama bertahun-tahun untuk memproduksi sirkuit listrik menggunakan proses aditif seperti pencetakan 3-robot (disebut robocasting) dengan sukses besar, tetapi ini sekarang menjadi masalah. Partikel logam yang membuat "tinta" semacam itu konduktif secara elektrik memperburuk masalah limbah elektronik. Terutama karena limbah yang dihasilkan kemungkinan akan meningkat di masa depan mengingat jenis sensor sekali pakai baru, beberapa di antaranya hanya digunakan selama beberapa hari.
Limbah yang tidak perlu, pikir Gustav Nyström, kepala laboratorium Bahan Selulosa & Kayu Empa: "Ada kebutuhan mendesak akan bahan yang menyeimbangkan kinerja elektronik, biaya, dan keberlanjutan." Untuk mengembangkan tinta yang ramah lingkungan, tim Nyström menetapkan tujuan ambisius: bebas logam, tidak beracun, dapat terurai secara hayati. Dan dengan mempertimbangkan aplikasi praktis: mudah dibentuk dan stabil terhadap kelembapan dan panas sedang.
Dengan Pelapis Karbon
Para peneliti memilih karbon murah sebagai bahan konduktif, seperti yang baru-baru ini mereka laporkan dalam jurnal Scientific Reports. Lebih tepatnya: trombosit grafit memanjang dicampur dengan partikel jelaga kecil yang membentuk kontak listrik antara trombosit ini semua ini dalam matriks yang terbuat dari biomaterial terkenal: lak, yang diperoleh dari ekskresi serangga skala. Di masa lalu, itu digunakan untuk membuat catatan; hari ini digunakan, antara lain, sebagai pernis untuk instrumen kayu dan kuku. Keuntungannya sesuai persis dengan profil yang diinginkan peneliti. Dan di atas itu, larut dalam alkohol pelarut murah yang menguap setelah tinta diterapkan sehingga mengering.
Terlepas dari bahan-bahan ini, tugas itu terbukti menantang. Itu karena baik digunakan dalam sablon sederhana atau dengan printer 3D modern, tinta harus menunjukkan perilaku penipisan geser: Saat "istirahat", tinta agak kental. Tetapi pada saat pencetakan, ketika dikenakan gaya geser lateral, itu menjadi sedikit lebih cair seperti cat dinding non-tetes yang hanya memperoleh konsistensi yang lebih lembut bila diterapkan oleh kekuatan roller. Namun, ketika digunakan dalam pembuatan aditif seperti pencetakan 3D dengan lengan robot, hal ini sangat rumit: Tinta yang terlalu kental akan terlalu keras tetapi jika menjadi terlalu cair selama pencetakan, komponen padat dapat terpisah dan menyumbat nozzle kecil printer.
Tes Dengan Aplikasi Nyata
Untuk memenuhi persyaratan tersebut, para peneliti mengutak-atik secara intensif formulasi untuk tinta mereka. Mereka menguji dua ukuran trombosit grafit: 40 mikrometer dan panjang 7 sampai 10 mikrometer. Banyak variasi juga diperlukan dalam rasio pencampuran grafit dan karbon hitam, karena terlalu banyak karbon hitam membuat bahan menjadi rapuh dengan risiko retak saat tinta mengering. Dengan mengoptimalkan formulasi dan komposisi relatif komponen, tim mampu mengembangkan beberapa varian tinta yang dapat digunakan dalam proses pencetakan 2D dan 3D yang berbeda.
"Tantangan terbesar adalah untuk mencapai konduktivitas listrik yang tinggi," kata Xavier Aeby, salah satu peneliti yang terlibat, "dan pada saat yang sama membentuk jaringan seperti gel karbon, grafit dan lak." Tim menyelidiki bagaimana bahan ini berperilaku dalam praktik dalam beberapa langkah. Misalnya, dengan tes berbentuk kubus kecil: 15 kisi yang ditumpangkan dari printer 3D terbuat dari untaian halus dengan diameter hanya 0,4 milimeter. Ini menunjukkan bahwa tinta juga cukup untuk proses yang menuntut seperti robocasting.
Untuk membuktikan kesesuaiannya dengan komponen nyata, para peneliti membangun, antara lain, sebuah sensor untuk deformasi: strip PET tipis dengan struktur tinta tercetak di atasnya, yang hambatan listriknya berubah secara tepat dengan berbagai tingkat pembengkokan. Selain itu, pengujian untuk kekuatan tarik, stabilitas di bawah air, dan sifat lainnya menunjukkan hasil yang menjanjikan sehingga tim peneliti yakin bahwa bahan baru, yang telah dipatenkan, dapat membuktikan dirinya dalam praktik. "Kami berharap sistem tinta ini dapat digunakan untuk aplikasi dalam elektronik cetak yang berkelanjutan," kata Gustav Nyström, "misalnya, untuk trek konduktif dan elemen sensor dalam kemasan pintar dan perangkat biomedis atau di bidang penginderaan makanan dan lingkungan."
