Производство пьезоэлектрических элементов усовершенствовалось за счет микропечати электростатических дисков

Исследователи из Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) продемонстрировали производство пьезоэлектрических элементов с помощью электростатической микропечати на дисках. Такие элементы можно использовать для восприятия, срабатывания, катализа и сбора энергии. </п>

Этот метод, подробно описанный в недавнем исследовании в журнале Nature Communications, преодолевает ограничения существующих методов, которым не хватает высокой производительности и точного контроля над структурой и размерами наночастиц, пленок и узоров на различных подложках.

Схема электростатического дискового микропринтера. (Изображение предоставлено HKUST) <п>Суть этой технологии заключается в использовании нестабильности границы раздела жидкость-воздух в чернилах. Эта концепция впервые была обнаружена в 1917 году. В то время было отмечено, что сильное электростатическое поле может дестабилизировать микрофлюидный интерфейс, образуя конус Тейлора, коническую форму. форму, когда жидкость заряжается за пределом Рэлея. Это явление конусной струи, вызванное электростатическим воздействием, встречающееся в природе и различных приложениях, послужило вдохновением для создания многочисленных стратегий печати, включая электрораспыление, электроформование и капельно-фокусную печать, совместимых с МЭМС и дополнительными технологиями изготовления металлооксидных полупроводников.

<п>Микропечать на электростатических дисках продемонстрировала замечательные возможности в изготовлении отдельно стоящих наночастиц, пленок и микроузоров цирконата-титаната свинца. Полученные пленки цирконата-титаната свинца обладают высокой константой пьезоэлектрической деформации, равной 560 пм В^-1, что существенно превышает существующие стандарты. Этот новый метод позволяет достичь скорости осаждения до 10^9 кубических микрометров в секунду, что на порядок выше, чем нынешние методы. Более того, он демонстрирует универсальность при печати целого ряда материалов, от диэлектрической керамики и металлических наночастиц до изолирующих полимеров и биологических молекул, что делает его многообещающим инструментом для применения в электронике и биотехнологии. Этот метод не ограничивается двумя измерениями и может печатать на трехмерных контурных поверхностях, при этом высота элемента зависит от количества нанесенных слоев.

<п>Внедрение микропечати на электростатических дисках решает давние проблемы в секторе производства пьезоэлектрических материалов, особенно с точки зрения универсальности, объемного производства, температуры обработки, структурной компактности и экономической эффективности. Традиционные методы, такие как трафаретная печать и фотолитография/химическое травление, которые часто требуют высоких температур спекания и сложных условий обработки, не обеспечивают совместимости с гибкими подложками и контроля над размерами элементов.

Схема процесса печати и различные фотографии и СЭМ-изображения напечатанных деталей. (Изображение предоставлено: HKUST)

«Наш микропринтер демонстрирует возможности печати на самых разных классах материалов, таких как диэлектрическая керамика, металлические наночастицы, изолирующие полимеры и биологические молекулы», — сказал профессор Ян Чжэнбао, доцент кафедры Механический & Аэрокосмическая инженерия в HKUST. </п>

“Он может похвастаться самой высокой скоростью среди существующих технологий изготовления пьезоэлектрических пленок микрометровой толщины, а производимые нами пленки PZT демонстрируют превосходные пьезоэлектрические свойства по сравнению с пленками, имеющимися на рынке. Эта новая, доступная модель точной печати с размерами, измеряемыми на расстоянии ~20 мкм, несомненно, принесет пользу многим в научном мире и приведет ко многим прорывам, которые раньше считались невозможными». </стр>

3D-печать пьезоэлектрическими материалами выглядит многообещающе, при этом микропечать на электростатических дисках может сыграть решающую роль. Его скорость, универсальность и эффективность открывают новые возможности для инноваций, особенно в области MEMS, носимой электроники и Интернета вещей. Промышленность может ожидать дальнейшего развития технологий печати на сложных материалах, повышения эффективности и универсальности производственных процессов в электронике и смежных областях.

Полную исследовательскую работу под названием «Быстрая и универсальная микропечать электростатических дисков для пьезоэлектрических элементов» можно найти в журнале Nature Communications по адресу: ссылка.</п>