Hledání partnerů pro diskuzi o novém transparentním a ohebném vodivém filmu a nových nápadech k otevření éry internetu věcí – tak zní název článku, který Murata zveřejnila na pokračování na svém webu a vyslala do médií. Při bližším pohledu do textu je jasné, že Murata v rámci materiálového inženýrství udělala velký krok směrem k flexibilní elektronice. Nový substrát je ohebný až do úrovně lomu, transparentní, vodivý a zpracovatelný různými technologiemi při nízkých teplotách.
Přesné vlastnosti Murata neuvádí hned z několika důvodů. Detaily jsou nepochybně součástí obchodního a patentového know-how, a podle vědců, kteří za objevem stojí, je nový materiál ohebný nejen fyzicky, ale také ve smyslu úpravy jeho vlastností podle potřeb konkrétních aplikací. Je zjevné, že Murata, která s vývojem materiálů pracuje například při vývoji nových pasivních součástek, překročila úroveň, kdy je schopná výsledky svého výzkumu zužitkovat sama a hledá proto partnery pro spolupráci.
Nový materiál kombinuje transparentnost, flexibilitu, vodivost, bezpečnost a vysokou zpracovatelnost, díky které je možné snadno kreslit obvodové vzory a další prvky různými metodami.
Obr. 1: Transparentní a ohebná vodivá fólie vyvinutá Muratou a její silné stránky
Transparentní a ohebná vodivá fólie kombinuje vodivost a zároveň je průhledná. Má také silnou stránku v tom, že tyto vlastnosti neztrácí, i když je ohnutá. Tyto vlastnosti jsou u nového substrátu vybalancovány, což se jeví jako výhoda ve srovnání s podobnými vodivými filmy z materiálů na bázi oxidu india a cínu (ITO) používané v elektrodách dotykových panelů, kabeláži a dalších součástech. Stejné srovnání nabízí i vodivé filmy pro nanášení inkoustů z grafenového kompozitního materiálu. Pokud jde o jednotlivé vlastnosti, jako je průhlednost, flexibilita a vodivost, existuje mnoho materiálů, které vykazují ještě lepší vlastnosti. Existují také materiály, které kombinují dvě ze tří těchto silných stránek. Není však snadné najít materiály, které spojují tyto tři silné stránky na vysoké úrovni, jako je transparentní a ohebná vodivá fólie z vývoje Murata.
Obecně platí, že u průhledných vodivých filmů existuje kompromis mezi průhledností a vodivostí. Jedním z hlavních parametrů je odpor plátu - sheet resistence, která je u materiálu Murata nižší přibližně o dva řády ve srovnání s inkoustem z grafenových kompozitních materiálů s podobnou úrovní propustnosti světla (obr. 2). Na druhou stranu, pokud jej porovnáme s materiálem potaženým polyethylentereftalátovým (PET) filmem (materiál s relativně ohybovými vlastnostmi mezi mnoha materiály na bázi ITO), dosahuje vlastností na stejné úrovni nebo jen nepatrně pod nimi. Jak výzkumníci dodávají, vlastnosti substrátu mohou dále modifikovat pro potřeby konkrétních aplikací.
Obr 2: Naměřené hodnoty plošného odporu a propustnosti světla pro průhlednou a ohýbatelnou vodivou fólii a stávající průhledné vodivé fólie
Nový materiál překonává grafenové kompozitní materiály a materiály na bázi ITO v zachování vlastností při opakovaném ohybu (obr. 3). I když opakovaně ohýbáte průhlednou a ohebnou vodivou fólii tak, že po nanesení na substrát zanechá zřetelný záhyb, hodnota jejího odporu se nezmění. V případě kovových materiálů používaných v běžných elektroinstalačních materiálech vodiče prasknou a ztrácí kontakt se, když dojde k opakovanému ohybu. Navíc samotný materiál stávajících transparentních vodivých fólií je tvrdý. Proto, i když do určité míry vydrží ohýbání, při ohnutí popraská do té míry, že zanechá záhyb.
Obr3: Porovnání odolnosti proti ohybu průhledné a ohýbatelné vodivé fólie a stávajících vodivých fólií .
Transparentní a ohebná vodivá fólie navíc bezpečná, s nízkou senzibilizací kůže a také nemá žádný účinek, i když přijde do kontaktu s živým tělem. Nezpůsobuje alergie na kovy a nepůsobí jako endokrinní disruptor, který má různé nepříznivé účinky na živé organismy. Proto se očekává, že bude mít dobrou kompatibilitu při aplikaci na snímání biometrických informací, nositelná zařízení, jednorázová zařízení a další aplikace.
Zpracování zastudena
Transparentní a ohebná vodivá fólie Murata je materiál vyrobený z mikrokeramiky na úrovni nanometrů s elektrickou vodivostí. Vzhledem k mikroskopické velikosti a tvaru této keramiky tedy tento materiál vykazuje vlastnosti na půl cesty mezi kovem a keramikou, aby získal průhlednost a vodivost. I díky této velikosti a tvaru má vynikající zpracovatelnost.
Materiál díky svým vlastnostem poskytuje řadu nových možností pro zpracování, protože má vysokou úroveň kompatibility sezpracováním používaným v různých existujících zpracovatelských systémech.Transparentní a ohebná vodivá fólie Murata je hydrofilní materiál. V souladu s tím může být snadno a rovnoměrně dispergován v rozpouštědlech. Proto je možné vyrábět inkousty podle způsobu zpracování a používat stávající techniky potahování a tisku k vytváření filmů se stabilními vlastnostmi. Konkrétně je možné kreslit vzory za normálních teplot a tlaků inkoustovými tiskárnami, razítkovým a sítotiskem, stříkáním, kresbou perem a dalšími metodami (obr. 4). Samozřejmě bude také možné otevřít neznámé aplikace vývojem nových nátěrových systémů a optimalizací inkoustu.
Obr. 4: Možnost vytvoření schémat zapojení různými technikami podle potřeb aplikace
Schopnost kreslit vzory pomocí tak rozmanitých metod zpracování je silnou stránkou, která podpoří rozšíření aplikací. Pomocí inkoustové tiskárny je například možné kreslit vodiče s jemnými čarami o šířce několika set mikronů. Použití aditivních metod zpracování umožňuje kreslit vzory podle potřeby bez procesu odstraňování, jako jsou masky nebo leptání. Navíc je možné kreslit pouze části, které fungují jako vodič. Nástřikem lze na substrát dodat vrstvy i v případě trojrozměrně zakřiveného povrchu. To umožňuje tvorbu vodivého filmu na povrchu velkých a složitých předmětů. Dále je také možné snadno přidat elektrické funkce na povrch nástrojů a zařízení, pro které má význam samotný tvar.
Elektrody na bázi ITO vyžadují určitý druh vysokoteplotní úpravy, aby se vytvořily vzory zapojení a aby vykazovaly vodivost. Například je nutné připevnit fólii k substrátu pomocí procesu vakuového nanášení, který se u materiálů na bázi ITO provádí za vysoké teploty a vakua. V důsledku toho nebylo možné vyhnout se zvýšení pracovní zátěže při zpracování a poškození substrátů, které mají být potaženy. Transparentní a ohebná vodivá fólie Murata taková omezenbí nemá. Další velkou výhodou je skutečnost, že následné zpracování po vytvoření vzoru je jednoduché (obr. 5). Pro Ag inkoust, který je jedním z konvenčních materiálů k vytvoření průhledného vodivého filmu, je nutné přidat proces vypalování při 150 až 200 °C. To má zajistit vodivost spojením jemných částic Ag po nakreslení vzoru. Transparentní a ohebná vodivá fólie může prokázat vodivost pouze sušením vody při 50 až 100 °C. Proto je také možné jej vytvářet na substrátech náchylných k poškození teplem. Můžete jej použít i s přirozeným sušením, pokud vám nevadí chvíli počkat.
Obr. 5: Průhledný a ohýbatelný vodivý film projevuje vodivost pouze při nízké teplotě
Murata si je dobře vědoma, že nový keramický substrát přichází ve správnou chvíli. Flexibilní elektronika má dnes obrovský potenciál. Dobrá zpracovatelnost je klíčem k obchodnímu úspěchu. Aditivní výroba a nízká energetická náročnost zpracování jsou tím, co hledá průmysl. Keramika je navíc ekologická, protože se nepoužívá žádné vzácné kovy nebo zeminy. Suroviny jsou levné a dostupné. Materiál má tedy potenciál pokrýt širokou škálu aplikací, nejen pro elektronické součástky, například infotainment automobilů, průmyslové stroje, lékařská a zdravotnická zařízení a také na zábavu a sport.
www.article.murata.com/en-us/article/transparent-and-flexible-new-conductive-film-1
