Растворители — настоящая головная боль производителей, имеющих дело с электроникой на основе проводящих полимеров (примером которой являются полимерные электронные схемы). Как оказалось, самым простым лекарством в данном случае может стать… лазер.

Проводящие полимеры представляют собой пластики, способные проводить электрический ток. Эта область, возникшая на пересечении органической химии и материаловедения, интенсивно развивается и уже оказывает значительное влияние на широкий спектр других современных технологий, от солнечных батарей и печатных электронных плат до батареек и биосенсоров.

Такие органические материалы обладают многими преимуществами по сравнению с традиционной неорганической «электроникой»: они в среднем дешевле, гибче и легче; им проще предать желаемую форму и «уложить» в виде нужной электронной схемы. По крайней мере в теории.

В жизни, конечно, всё несколько сложнее. Производители, пытаясь применить перспективные материалы, столкнулись с неожиданными проблемами, и их не так просто преодолеть. Так, большинство методик требуют приготовления раствора полимера, который нужен при нанесении плёнки полимера на субстрат (накапыванием, распылением или струйной печатью).

Проблема в том, что органический растворитель может легко растворить в себе подлежащие слои (там может быть другой полимер) или даже сам материал подложки. Кроме того, использование растворов влечёт возникновение более серьёзных трудностей — к примеру, «эффекта следа кофейной чашки»: полимер проявляет тенденцию к концентрированию в краевых областях капли раствора при её высыхании (что особенно характерно для метода накапывания и для подложек с низким сродством к материалу полимера).

Рис. 1. Схематичное изображение предлагаемого метода печати электронных схем с использованием лазерной абляции (иллюстрация National Technical University of Athens).

В Национальном техническом университете в Афинах (Греция) был продемонстрирован способ, позволяющий избежать применения растворителя. Вместо этого для нанесения плёнок твёрдого полимера прямо на подложку предлагается использовать лазерную абляцию.

Сначала одним из стандартных методов (скажем, накапыванием раствора на стеклянную подложку с последующим высыханием) готовится «донорный субстрат». Затем напротив него помещается «принимающий субстрат», лицом к полимерной плёнке (субстраты не касаются друг друга, оставаясь на расстоянии нескольких микрон).

На заключительной стадии этапе лазерный луч направляется сквозь стеклянный донорный субстрат, фокусируясь на полимерном слое. Короткий энергетический всплеск генерирует ударные волны, «стряхивающие» небольшое количество полимера на принимающий субстрат.

Учёные протестировали практическую годность и универсальность процесса, «напечатав» работающую схему солнечных батарей на различных подложках, использовав для этого смешанный полимерный материал P3HT:PCMB. Кроме того, была «напечатана» электрическая схема для биологического сенсора, и тут в качестве проводника выступил полианилин.

Авторам исследования, результаты которого опубликованы в журнале Opto-Electrinics Review, предстоит ещё много трудов: так, им придётся убедить производителей в том, что лазер не разрушает структуру полимеров, а кроме того, надо научиться получать хорошо воспроизводимые результаты. Но всё равно с известной долей уверенности можно говорить, что появился метод, позволяющий заметно расширить номенклатуру устройств, основанных на органических проводниках.