Geschrieben von: Tessa Reder und Kate Laing | Voltera
Das Experimentieren in der Welt der flexiblen Hybridelektronik (FHE) ist mit einer Vielzahl von Hürden verbunden. Die Drucktechnologien unterscheiden sich in Bezug auf die Materialkompatibilität erheblich und haben Vor- und Nachteile, die sie für bestimmte Anwendungen geeignet machen. Die Auswahl von Materialien, die zu der von Ihnen beabsichtigten Drucktechnologie passen, ist die wichtigste Entscheidung, die Sie treffen werden.
NOVA, die neue Plattform von Voltera für Direct Ink Write (DIW), Präzisionsdosierung und 3D-Druck für gedruckte Elektronik, verändert die Landschaft, auf der der Bereich der FHE aufgebaut ist. NOVA bietet die Möglichkeit, mit jedem siebdruckfähigen Material zu experimentieren und Muster im Handumdrehen anzupassen und umzugestalten und ermöglicht so eine noch nie dagewesene Materialflexibilität.
"Die additive Fertigung verändert die Elektronik und ihre Rolle in der Welt um uns herum. Wenn man mit NOVA ein thermoplastisches, dehnbares Elastomer, also ein gummiartiges Material, bedrucken will, kann man das tun. Und plötzlich hat man ein elektronisches Gerät, das die mechanischen Eigenschaften der Haut besitzt. Das ist etwas, was mit herkömmlicher Elektronik nie zuvor möglich war", sagte Matt Ewertowski, Produktmanager bei Voltera, während eines Made in Ontario-Podcast-Interviews mit Professor Gerd Grau, Leiter des E-AM-Labors an der York University.
Im Zuge der Weiterentwicklung der Technologie für additive Elektronik gehen Forscher wie Professor Grau und seine Gruppe an die Grenzen der Möglichkeiten, die das additive Fertigungsverfahren für das Design von Produkten in allen Branchen bietet.
Professor Grau und Masterstudent Yoland El-hajj begannen, das Potenzial des Extrusionsdrucks, auch bekannt als Direct-Write-Technologie, für die Herstellung von Tattoo-Elektroden zu erforschen. Bestehende Sensortechnologien, die in der medizinischen Industrie verwendet werden, können unhandlich, schwer und unbequem für die Patienten sein - vor allem, wenn sie über einen längeren Zeitraum getragen werden müssen.
Die Forschung auf dem Gebiet der gedruckten biomedizinischen Tätowierungen stützte sich bisher auf traditionelle Herstellungsmethoden, die kostspielig und komplex sind, und die meisten Elektrodentattoos verwenden organische Materialien mit geringer Leitfähigkeit. Nachdem er diese Lücke in der Mikrofabrikation gedruckter medizinischer Elektroden erkannt hatte, versuchte El-hajj, das Potenzial für leichter zugängliche und effizientere Mikrofabrikationsverfahren zu erforschen - insbesondere den Extrusionsdruck.
Inkjet and Extrusion Printed Silver Biomedical Tattoo Electrodes" ist ein Vorabdruck von El-hajjs Abschlussarbeit, die noch in diesem Sommer zur Veröffentlichung in einer Fachzeitschrift eingereicht werden soll. Darin wird die Qualität von biomedizinischen Tattoo-Elektroden untersucht, die mit der NOVA- und DIW-Technologie hergestellt wurden, im Vergleich zu solchen, die auf herkömmlichere Weise, z. B. im Tintenstrahldruckverfahren, hergestellt wurden.
Die beiden Druckverfahren wurden optimiert, um leitfähige Tinten auf Silberbasis auf Tätowierpapier zu drucken, und die resultierenden Tätowierelektroden wurden anhand ihres Schichtwiderstands, ihrer Impedanz und ihrer mechanischen Leistung in Bezug auf die Biegebeanspruchung verglichen. El-hajj und ihr Team verwendeten Tinten auf Silberbasis aufgrund ihrer hohen Leitfähigkeit, mechanischen Robustheit, Biokompatibilität und Kosten.
Abbildung 1: Extrusionsgedruckte Silber-Tattoo-Elektrode (oben) und konventionelle Schnapp-Elektrode (unten)
Die Forschungsergebnisse von El-hajj et al. deuten darauf hin, dass mit der DIW-Technologie gedruckte Leiterbahnen einen besseren Schichtwiderstand und eine höhere Impedanz aufweisen als mit der Inkjet-Technologie gedruckte Leiterbahnen. Der vorgeschlagene Mechanismus für diese Unterschiede ist darauf zurückzuführen, dass die Viskosität der leitfähigen DIW-Tinten wesentlich höher ist als die der Tintenstrahltinten, die eine niedrige Viskosität und einen relativ hohen Anteil an Lösungsmitteln aufweisen. DIW-Tinten werden daher nicht so leicht von dem als Substrat verwendeten Tätowierpapier absorbiert, was im Vergleich zu Inkjet-Tinten robustere elektrische Leiterbahnen und eine bessere Leitfähigkeit ermöglicht.
"Es gibt ein großes Potenzial für die Herstellung medizinischer Elektroden mit Hilfe von Druckverfahren und unter Verwendung von robusteren Materialien. Druckbasierte Techniken können zahlreiche Vorteile für medizinische Sensoren bieten, wie z. B. Flexibilität bei den Materialien und Mustern und Personalisierung der Sensorstruktur. Außerdem lassen sich mit flexiblen Materialien elektrisch und mechanisch robustere Materialien realisieren", sagt El-hajj.
Die Fortschritte in der additiven Elektronikfertigung ermöglichen es Wissenschaftlern, Forschern und Produktentwicklern, die Grenzen der Elektronikinnovation zu erweitern, was zum Teil auf die Vielfalt der Materialien zurückzuführen ist, mit denen gedruckt werden kann und auf denen gedruckt werden kann. Durch das Experimentieren mit verschiedenen Materialien und Anwendungen untersuchen und entwickeln die NOVA-Nutzer - darunter auch das Forschungsteam von Professor Grau - additive Fertigungsverfahren, um eine neue Generation von Elektronik mit transformativem Potenzial zu schaffen. [This is automatically translated from English]
