الکترونیک چاپی چیست و چرا آینده آن به مس وابسته است؟

به گزارش می متالز به نقل از عصر مس آنلاین، الکترونیک چاپی، فناوری نوظهوری است که در سال‌های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این فناوری امکان ساخت قطعات الکترونیکی مثل ترانزیستورها را روی مواد مختلف و در اندازه‌های متفاوت فراهم می‌کند. در کنار این با این فناوری می‌توان قطعات الکترونیکی در تیراژ بالا تکثیر کرد. الکترونیک چاپی در زمینه‌های مختلف از بهداشت و سلامت گرفته تا تبلیغات، خودروسازی، حمل‌ونقل، انرژی و الکترونیک مصرفی، کاربرد دارد و به طور مداوم، سرمایه‌گذاری در آن رو به افزایش است. این فناوری موجب پیشرفت صنعت الکترونیک شده و در کنار ارزان‌سازی محصولات، قابلیت‌های بسیار ارزشمندی از جمله انعطاف‌پذیری، وزن و حجم کم و مصرف انرژی پایین را به ارمغان آورده است.

اکنون از الکترونیک چاپی در باتری‌ها، روشنایی، تأمین گرما، بسته‌بندی و سامانه بازشناسی بی‌سیم امواج رادیویی (RFID) به‌طور گسترده استفاده می‌شود. برای مثال صفحات روشنایی چاپ الکترونیک می‌توانند در بسیاری از وسایل از کیبورد کامپیوتر گرفته تا تابلوهای مسیریابی مورد استفاده قرار گیرند و دلیل این امر هم انعطاف‌پذیری مکانیکی این صفحات و هم قیمت پایین آن‌هاست. به‌طور کلی تولید آسان، قابلیت ادغام در صنایع مختلف، طراحی جذاب و قابل تنظیم و مقرون به‌صرفه بودن مهم‌ترین مزایای الکترونیک چاپی هستند. با این حال بر سر گسترش فناوری الکترونیک چاپی یک چالش بزرگ هم وجود دارد و آن جوهر چاپ است.

روش متعارف، ارزان و سریع ایجاد مدارات الکترونیکی چاپی، استفاده از چاپ جوهرافشان است. پرکاربردترین و عمومی‌ترین نوع جوهر مورد استفاده در چاپگرهای جوهرافشان، جوهرهای رسانا و نیمه‌رسانا هستند. این جوهرها به‌طور معمول حاوی ترکیبات رسانای الکتریکی هستند. اما ساخت جوهری با سایز ذرات بهینه و پایدار توأم با عدم تجمع ذرات که علاوه بر تأمین هدایت و استحکام مناسب، قابلیت به‌کارگیری در چاپگرهای جوهرافشان را دارا باشد و باعث صدمه به هد چاپگر نشود، یک چالش جدی است. بنابراین امروزه تلاش‌های فراوانی برای توسعه یک فرمولاسیون مقرون به‌صرفه، کارا و دوست‌دار محیطزیست برای جوهرهای رسانا و نیمه‌رسانا انجام شده است که استفاده از ترکیباتی نظیر نقره، گرافن و نانولوله‌های کربنی از آن جمله‌اند.

اما به‌تازگی محققان به این نتیجه رسیده‌اند که می‌توان از مس برای ساخت جوهر رسانا در فناوری چاپ الکترونیک استفاده کرد. نانوذرات مس جایگزین مناسبی برای نانوذرات نقره یا سایر مواد در این فناوری هستند زیرا علاوه بر قیمت پایین مس نسبت به نقره، این فلز رسانایی بسیار بالایی دارد و قابلیت بازیافت آن پس از استفاده نیز بسیار بالاست. اگرچه اکسید شدن خودبه‌خودی نانوذرات مس مانع بزرگی برای به‌کار گیری آن‌ها در فناوری چاپ الکترونیک است اما گویا راه‌حلی برای این چالش نیز پیدا شده است. در برخی موارد روش‌های شیمیایی خاص برای محافظت از نانوذرات مس در برابر اکسیداسیون استفاده می‌شود که با این کار مقاومت اکسیداسیون مس به میزان زیادی بهبود داده می‌شود و هم‌زمان میزان اکسیژن موجود روی سطوح نانوذرات مس را به حداقل ممکن می‌رساند.

برخی دیگر از پژوهشگران توانسته‌اند نانوذرات مس را به‌صورت بسته‌های کروی منحصربه‌فردی درآورند و کره‌هایی را تشکیل دهند که خواصی شبیه به ساختار هسته‌ای- پوسته‌ای دارد و به دلیل همین ویژگی این نانوذرات می‌توانند به‌عنوان ماده پایه برای ساخت جوهر مس رسانا استفاده شوند. از روش سنتز نانوذرات مس با پوشش نقره هم در این زمینه نام برده شده است که از اکسید شدن مس جلوگیری و آن را آماده می‌کند تا برای جوهر رسانا مورد استفاده قرار گیرد. 

لازم به ذکر است که در حاشیه یازدهمین نمایشگاه فناوری نانو که  برگزار شد هم از اولین دستگاه پرینتر الکترونیک چاپی در کشور که با حمایت‌های ستاد ویژه توسعه فناوری نانو تولید شده است، رونمایی شد. با بومی‌سازی دانش ساخت این دستگاه در مقیاس آزمایشگاهی و نیمه صنعتی، هم‌اکنون قابلیت ساخت و ارائه تجهیزات و ماشین‌آلات صنعتی به منظور تولید انواع محصولات تجاری حوزه الکترونیک چاپی در کشور میسر شده است.

تکنولوژی ساخت تجهیزات الکترونیک چاپی تا پیش از این در اختیار چند کشور محدود اروپایی و امریکایی در کنار کشورهای ژاپن و کره‌جنوبی بود که با تولید این محصول ایران نیز در این حوزه ورود پیدا خواهد کرد. با توجه به بازار 30 میلیارد دلاری محصولات حوزه الکترونیک چاپی و نیز پیش‌بینی بازاری بالغ بر 75 میلیارد دلار تا سال 2027 در کنار عدم نیاز به زیرساخت‌های پیچیده و توانمندی‌های موجود داخلی، محصولات حوزه الکترونیک چاپی می‌تواند از اهمیت به‌سزایی در رشد و توسعه صنعت نانو در کشور برخوردار باشد. به‌علاوه افزایش استفاده از فناوری الکترونیک چاپی، استفاده از جوهر رسانای مسی را هم افزایش خواهد داد.