Американские исследователи научились печатать на 3D-принтере полимерные фотодетекторы на гибких и изогнутых подложках. Ученые продемонстрировали технологию на примере массивов фотодетекторов на гибкой и полусферической подложках, а также показали, что такой же метод можно использовать для печати светодиодов. Статья опубликована в журнале Advanced Materials.

Инженеры и ученые давно предлагают использовать 3D-печать не только для производства каркасов и корпусов устройств, но и для печати электронных компонентов. В этой области есть достаточно много разработок, но пока 3D-печать электроники не применяется на практике из-за ряда нерешенных проблем. К примеру, таким образом сложно печатать сложные многослойные устройства из нескольких материалов, пока не удается печатать на гибких подложках для медицинских и носимых устройств.

Майкл Макальпайн (Michael McAlpine) и его коллеги из Миннесотского университета создали метод 3D-печати полупроводниковых электронных устройств, позволяющий печатать их на разных подложках, в том числе гибких и изогнутых. Исследователям пришлось подобрать материалы печати таким образом, чтобы они не только позволяли создавать функциональные устройства, но и были достаточно вязкими при печати на наклонных поверхностях.

В своем исследовании ученые сконцентрировались на печати фотодетекторов. На первой стадии на подложку наносится тонкая полимерная пленка. Затем на ней печатаются проводящие дорожки из серебряных наночастиц, соединяющие отдельные фотодетекторы и составляющие основу для них. После этого в определенных местах дорожек принтер печатает прозрачный анод из проводящего полимера PEDOT:PSS. На аноде принтер печатает слой фотоактивного полимера, на который затем наносится изолирующий слой из силиконового полимера и катод из жидкого сплава на основе галлия и индия.

University of Minnesota, McAlpine Group

Схема расположения слоев в фотодетекторе. Sung Hyun Park et al. / Advanced Materials, 2018

При попадании фотонов на активный слой фотодетектора носители заряда в нем разделяются и перемещаются к катоду и аноду. Испытания фотодетекторов показали, что их внешняя квантовая эффективность, отражающая отношение возникших носителей заряда к числу попавших на детектор фотонов, доходит до 25,3 процента.

Исследователи создали прототипы нескольких типов, в том числе массив фотодетекторов на гибкой подложке, а также полусферической подложке. Они продемонстрировали работу прототипов и показали, что их можно использовать в качестве матриц для считывания изображения:

Прототип массива фотодетекторов и его работа в качестве фотоматрицы. Sung Hyun Park et al. / Advanced Materials, 2018

Кроме того, авторы показали, что материал активного слоя можно поменять с фоточувствительного на фотоэмиссионный и создать таким образом светодиод. Авторы исследования считают, что в будущем технологию можно будет доработать и применять для создания протезов глаз. В начале года группа Майкла Макальпайна создали 3D-принтер, способный печатать на двигающейся поверхности, отслеживая ее перемещения. В качестве примера они показали процесс печати на руке человека работающего светодиодного контура, получающего энергию от внешней катушки с током.

Григорий Копиев