Фото. Сотрудники лаборатории технологий 3D-печати функциональных микроструктур (слева направо) Павел Арсенов, Булат Маснавиев, Алексей Ефимов и Денис Корнюшин около экспериментального образца аэрозольного 3D-принтера с лазерным ассистированием

Российский аэрозольный 3D-принтер позволит создавать электронные платы на пластиковых поверхностях любой формы с помощью направленного потока наночастиц. В результате солнечные батареи можно будет печатать прямо на крышах автомобилей, а такие элементы мобильных телефонов, как принимающие и передающие антенны, начнут встраивать в их корпуса, уменьшив габариты устройств. Новую технологию можно будет использовать и для создания токопроводящей основы гибких экранов, что сделает их более экономичными. Уже создан экспериментальный прототип принтера, а его промышленная версия может появиться в ближайшие годы.

В отличие от традиционных методов формирования электронных изделий, предполагающих использование большего количества технологических операций с удалением значительной части материалов, разработанное оборудование и технология предполагают быстрое изготовление изделий методом послойного нанесения материала в форме наночастиц с его последующей монолитизацией, используя локальное лазерное спекание наночастиц на подложке.

Новым является и использование «сухих» химически чистых наночастиц размером 2-20 нм. Их получают в импульсно-периодическом газовом разряде. Использование «сухих» химически чистых наночастиц размером 2-20 нм за счет размерного эффекта позволяет осуществлять процесс локального лазерного спекания при пониженных температурах и, таким образом, формировать принципиально новые электронные 3D-устройства на термочувствительных гибких полимерных подложках.

Алексей Ефимов, ведущий научный сотрудник лаборатории технологий 3D-печати функциональных микроструктур МФТИ, прокомментировал: «Уникальность разработанной нами технологии аэрозольной 3D-печати потоками наночастиц с локальным лазерным спеканием заключается в сочетании высокой разрешающей способности до 25 мкм, высокой массовой производительности до 300 мг/ч и низкой себестоимости формирования функциональных 3D-микроструктур, что будет определять дальнейший рост ее популярности».

В сравнении с существующими подходами аддитивного изготовления микроструктур, предполагающими использование печатного оборудования и наночернил в качестве источников наночастиц, разработанная технология аэрозольной 3D-печати наночастицами с лазерным ассистированием имеет целый ряд преимуществ. Она обеспечивает более высокие значения удельной электрической проводимости и механической прочности микроструктур, так как «сухие» химически чистые наночастицы, полученные в импульсно-периодическом газовом разряде, не содержат на поверхности остатков растворителя и поверхностно-активных веществ. Важным преимуществом является и сокращение количества этапов изготовления функциональных микроструктур, поскольку не требуется готовить наночернила и затем сушить их перед лазерным спеканием. Получение, локальная доставка и локальное лазерное спекание наночастиц осуществляются одновременно. Пользователи имеют возможность гибко варьировать типы материалов (металлы, полупроводники и диэлектрики), размер, форму и плотности укладки наночастиц за счет изменения материала электродов и режимов получения наночастиц в импульсно-периодическом газовом разряде.

Разработанная технология и оборудование могут быть использованы для производства широкого спектра функциональных микроразмерных компонентов и изделий для электроники, фотоники, альтернативной энергетики, медицинской и аэрокосмической техники. В частности, для изготовления микроантенн, пространственных 3D-межсоединений, микронагревателей, активных (транзистор, диод) и пассивных (резистор, конденсатор) электронных компонентов, светоизлучающих устройств (гибкие дисплеи, ячейки OLED-матриц), элементов солнечных батарей и различных сенсоров: газовых, био-, температурных и других.

© mipt.ru , Фото. Блок газоразрядной генерации аэрозольных наночастиц

Исследования выполнены совместно с АО «НИИ электронного специального технологического оборудования» в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы».

Источник