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Jun 13, 2024

더 이상 독성 화학물질이 없습니다

작성자 Duke University 2023년 4월 13일 프린터가 유해한 화학 물질 대신 물만 사용하여 완벽하게 작동하고 완벽하게 재활용 가능한 트랜지스터를 만들 수 있는 새로운 프로세스를 예술적으로 묘사합니다.

듀크 대학교 작성2023년 4월 13일

프린터가 유해한 화학 물질 대신 물만 사용하여 완벽하게 작동하고 완벽하게 재활용 가능한 트랜지스터를 만들 수 있는 새로운 프로세스를 예술적으로 묘사한 것입니다. 크레딧: 엘라 마루 스튜디오

Duke University의 엔지니어들은 완전히 재활용할 수 있는 세계 최초의 인쇄 전자 제품을 만들었습니다. 이들의 혁신적인 솔루션은 제조 과정에서 유해 화학 물질의 사용을 물로 대체함으로써 유해 화학 물질의 사용과 관련된 환경 영향과 잠재적인 건강 위험을 줄입니다. 이번 시연은 업계가 생태학적 및 건강상 발자국을 줄이기 위해 따라갈 수 있는 새로운 길을 열어줍니다.

이 연구는 최근 Nano Letters 저널에 게재되었습니다.

전자 제조업체가 직면한 주요 장애물 중 하나는 여러 층의 구성 요소를 성공적으로 보호하는 것입니다. 이는 정교한 장치 생산에 매우 중요합니다. 이는 특히 레이어의 적절한 접착을 보장하는 것이 종종 불만의 원인이 되는 인쇄 전자 제품의 경우 어려운 작업이 될 수 있습니다.

연구를 이끈 Duke 대학의 전기 및 컴퓨터 공학과 Addy 교수인 Aaron Franklin은 “땅콩 버터와 젤리 샌드위치를 ​​만드는 경우 빵 조각에 한 겹을 얹는 것은 쉽습니다.”라고 설명했습니다. “하지만 젤리를 먼저 내려놓고 그 위에 땅콩버터를 바르려고 하면 잊어버리세요. 젤리가 그대로 유지되지 않고 땅콩버터와 섞이게 됩니다. 레이어를 서로 겹겹이 쌓는 것은 스스로 내려놓는 것만큼 쉽지 않습니다. 하지만 인쇄 기능이 있는 전자 장치를 만들고 싶다면 그렇게 해야 합니다.”

In previous work, Franklin and his group demonstrated the first fully recyclable printed electronics. The devices used three carbon-based inks: semiconducting carbon nanotubes, conductive grapheneGraphene is an allotrope of carbon in the form of a single layer of atoms in a two-dimensional hexagonal lattice in which one atom forms each vertex. It is the basic structural element of other allotropes of carbon, including graphite, charcoal, carbon nanotubes, and fullerenes. In proportion to its thickness, it is about 100 times stronger than the strongest steel." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> 그래핀, 절연성 나노셀룰로오스. 물만 사용하는 원래 공정을 적용하려는 시도에서 탄소 나노튜브가 가장 큰 과제를 제시했습니다.

잉크젯 프린터는 탄소 기반 전자 잉크를 여러 겹 깔아 독성이 있는 화학 물질을 사용하지 않고 물만 사용하여 완전히 재활용할 수 있는 트랜지스터를 만듭니다. 크레딧: Jason Arthurs 사진

탄소나노튜브가 뭉치지 않고 표면에 고르게 퍼지는 수성 잉크를 만들기 위해 세제와 유사한 계면활성제를 첨가한다. 그러나 생성된 잉크는 높은 전류의 전자가 이동할 수 있을 만큼 밀도가 높은 탄소 나노튜브 층을 생성하지 않습니다.

Franklin은 “탄소 나노튜브가 평평한 표면에 흩어져 있는 알덴테 스파게티처럼 보이기를 원합니다.”라고 말했습니다. “그러나 수성 잉크를 사용하면 마치 하나하나 가져와서 잘 익었는지 확인하기 위해 벽에 던져 놓은 것처럼 보입니다. 화학 물질을 사용한다면 나노튜브가 충분할 때까지 여러 번 인쇄하면 됩니다. 그러나 물은 그런 식으로 작동하지 않습니다. 100번을 해도 여전히 처음과 같은 밀도를 유지할 수 있습니다.”

탄소나노튜브가 뭉치는 것을 방지하는 데 사용되는 계면활성제가 첫 번째 층에 추가 층이 붙는 것을 방지하기 때문입니다. 전통적인 제조 공정에서는 이러한 계면활성제를 제거하기 위해 많은 에너지를 필요로 하는 매우 높은 온도나 인체 및 환경 건강에 위험을 초래할 수 있는 가혹한 화학 물질을 사용합니다. 프랭클린과 그의 그룹은 두 가지 모두를 피하고 싶었습니다.

논문에서 프랭클린과 그의 그룹은 장치를 물로 헹구고 상대적으로 낮은 열로 건조시킨 후 다시 인쇄하는 순환 프로세스를 개발했습니다. 잉크에 사용되는 계면활성제의 양도 줄이면 연구원들은 잉크와 공정이 완전한 기능을 갖추고 재활용이 가능한 완전한 수성 트랜지스터를 만들 수 있음을 보여줍니다.