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Jun 13, 2023

シンプルなインクジェットプリンタで伸縮可能なLEDを製造可能

ペンでストロークすると、ペロブスカイトが発光体と検出器に変わることがあります。 活版印刷機の発明により、書かれた言葉の複製に革命が起こり、疲れた書記たちに休息を与えました。

ペンでストロークすると、ペロブスカイトが発光体と検出器に変わることがあります。

印刷機の発明により、書かれた言葉の複製に革命が起こり、疲れた筆記者に休息を与え、より多くの人が書かれた資料にアクセスできるようになりました。 セントルイスにあるワシントン大学マッケルベイ工学部でも同様の画期的な出来事が起きた。

研究者らは、紙、布地、ゴム、プラスチック、3D オブジェクトなどの日常的な素材に柔軟で弾性のある光電子デバイスを手書きできるインク ペンを開発しました。 フレキシブルオプトエレクトロニクスは、携帯電話やフィットネストラッカーなどの日用品にすでに使用されており、機能を維持しながら曲げたり、折りたたんだり、曲げたりすることができます。

研究チームによると、この簡単で汎用性の高い製造アプローチにより、専門家のトレーニングや大型の装置を必要とせずに、誰でもカスタマイズされた発光ダイオード (LED) や光検出器を作成できるようになります。 これは、単純なインクジェット プリンタを使用して伸縮可能な LED を製造する方法を実証した、Wang 氏と Junyi Zhao 氏による以前の研究に基づいています。

Chuan Wang 氏は次のように述べています。「手書きカスタム デバイスは、プリンターの次のステップであることは明らかでした。私たちはすでにインクを持っていたので、すでに開発したテクノロジーを採用し、通常のボールペンで使用できるように修正するのは自然な移行でした」安くて誰もが利用できる。」

彼らの革新的な手書きアプローチにより、誰でも数分で多色の LED と光検出器を作成できます。 この方法では、ボールペンのシンプルさを利用して、導電性ポリマー、金属ナノワイヤー、ペロブスカイトとして知られる結晶質物質で作られた特別に設計されたインクを使用して、幅広い発光色を生成します。

カラフルなペンを使用するのと同じように、これらの入手可能なインクで層を重ねて書き込むことにより、使い捨てエレクトロニクス、革新的なパッケージング、生物医学センサーなどのカスタマイズされたウェアラブルを含むさまざまな機能デバイスを、迅速、便利、手頃な価格で製造することができます。

チームはすでに印刷可能なインクを作成していましたが、日常的な素材に手書きするために従来のボールペンで使用できるようにするには、筆記性を高め、濡れ性を管理するために修正する必要がありました。

ワン氏の研究室の博士課程候補者、ジャオ・ジュンイー氏は、「プリンターからボールペンへの変換は簡単そうに見えるかもしれないが、ただインクを装填するよりも少し難しい。 当社のインクは特別に配合されているため、ペンは汎用性があり、ほぼすべての素材に使用できます。 デバイスのすべての層は、変形に耐えられるように本質的に弾性を持つように設計されています。 デバイスのパフォーマンスに影響を与えることなく、曲げたり、伸ばしたり、ねじったりすることができます。 たとえば、手袋に描かれた LED は、繰り返し拳を握ったり放したりすることによる変形に耐えることができます。 ゴム風船に描かれた LED は、繰り返しの膨張と収縮のサイクルに耐えることができます。」

研究者の主な関心は、インクが流れたり混ざったりすることなく、紙や繊維などの多孔質で繊維質の表面に確実に塗布できるようにすることでした。 機能的で高性能な光電子デバイスを提供するには、層を分離したままにし、汚れたデザインによる美的失望を避ける必要があります。

紙からパーティーバルーンまで、あらゆる基板に使用できるインクペンの開発により、平らで滑らかな基板や高価なクリーンルーム製造装置の必要性など、従来の LED 製造の重大な制限が克服されます。 これにより、次世代のウェアラブル エレクトロニクスが新しい方法で日常生活の一部になることが可能になります。

彼は、教育、科学の普及、電子パッケージング、衣類、医療センサー、包帯など、ユーザーの創造性によってのみ制限される手書き電子機器の将来の用途を予測しています。 このアプローチはアクセシビリティと柔軟性により、電子機器製造を民主化し、パーソナライズされた伸縮性のある電子機器を日常生活の一部にする可能性を秘めています。

同氏は、「安価でカスタマイズ可能な LED は、実践的な教育、光る衣服やグリーティング カードなどのより鮮やかなテキスタイル、スマートなパッケージングの機会を広げます。 私たちが期待している分野の 1 つは医療用途です。 手書きの発光体と検出器により、パルスオキシメトリーを測定したり創傷治癒を早めたりするために、光検出器や赤外線 LED を描画したウェアラブル生体医学センサーや包帯を作成する際に、患者に合わせた柔軟性がさらに高まります。」