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Laut einem Team von US-Regierungsforschern ist der A2200 von Nano3Dprint “eine Plattform für die gesamte 3D-gedruckte Elektronik der Zukunft”. Diese Forschungsergebnisse aus dem Jahr 2020 besagen, dass “der demonstrierte 3D-gedruckte UV-Sensor eine Grundlage für tragbare und flexible Elektronik sein kann”. Da der Markt für tragbare Elektronik auf etwa 20 Milliarden US-Dollar und der Markt für flexible Elektronik auf etwa 30 Milliarden US-Dollar geschätzt wird, ermöglicht nano3Dprint ein schnelles branchenübergreifendes Wachstum.
Diese Aussagen stammen aus einer Studie von US-Regierungsforschern, bei der ein vollständig dreidimensional gedruckter flexibler ZnO-UV-Photodetektor vorgestellt wird. Bei diesem ist das 3D-Druckverfahren nicht nur für die Elektrode und das lichtempfindliche Material, sondern auch für die Herstellung eines Substrats verwendet worden.
Ablauf der Studie
Ein ultraflaches und flexibles Substrat, das als Trägerschicht dienen kann, wird unter Verwendung einer wasserlöslichen Polymerschicht für die Oberflächenplanarisierung entwickelt. Für die Herstellung des Substrats wird ein zweischichtiger Druck mit anschließender Oberflächenbehandlung demonstriert. Als flexibler, mechanischer Träger, wird eine dicke und dünne thermoplastische Polyurethanschicht gedruckt. Auf deren Oberfläche wird dann eine dünne und dichte Poly(vinylalkohol) (PVA)-Schicht gedruckt. Eine präzise Steuerung des PVA-Reflows mit Hilfe eines Mikrowassertropfens führt zu einem flexiblen und äußerst gleichmäßigen Substrat.
Als leitende Schicht wird ein Cu-Ag-Nanodraht-Netzwerk in 3D auf das flexible Substrat gedruckt, gefolgt von ZnO als lichtempfindlichem Material. Im Gegensatz zum flächigen zweidimensionalen Druck, der dünne Schichten liefert, ermöglicht der 3D-Druck eine Stufenhöhe der Elektrode, die wie ein Damm gestaltet werden kann, um eine dicke Schicht ZnO aufzunehmen. Die Lichtempfindlichkeit in Abhängigkeit von verschiedenen ZnO-Dicken wurde untersucht, um eine optimale Dicke für die UV-Reaktion zu ermitteln. Das Gerät wurde auch in natürlichem Sonnenlicht getestet, ebenso wie seine Stabilität und Zuverlässigkeit.
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