Медь — настоящий «скелет» современной электроники: ею покрыты платы компьютеров и смартфонов, кабели дата-центров и беспроводной инфраструктуры, солнечные панели, батареи, компоненты систем ИИ. Но у нее есть два серьезных недостатка, которые особенно критичны для печатной электроники: она легко окисляется на воздухе и хуже поддается низкотемпературной печати, чем, например, серебро. Поэтому в проводящих чернилах для гибких печатных схем обычно используют куда более дорогие серебряные частицы.
Шэньцян Жэнь, профессор кафедры материаловедения и инженерии Университета Мэриленда, вместе с коллегами из Йельского университета и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Калифорнии более десяти лет искали способ обойти эти ограничения. Результатом стало появление сине‑голубых реактивных чернил на основе медной соли (формиата меди), которые при нагреве всего до 150 прямо на воздухе превращаются в сплошные проводящие дорожки из металлической меди.
Секрет заключается в том, как именно молекулы растворителя «окружают» медную соль в чернилах. Ученые выяснили, что структура исходной пленки — ее цвет, ровность и однородность — зависит от выбора растворителя. Одна из формул давала бледные, неоднородные слои, другая — более темные, сплошные. Именно такие слои при нагреве превращаются в плотные медные проводники без пор и трещин.
Тесты показали, что полученные медные дорожки обладают хорошей проводимостью и, главное, устойчивы к окислению и коррозии. В эксперименте ученые погрузили образцы на шесть месяцев в морскую воду, и они выдержали это испытание без заметного разрушения — серьезная проверка для металла, который за считанные недели и даже дни на обычном воздухе или в пресной воде покрывается агрессивной зеленой пленкой оксида.
Чтобы продемонстрировать универсальность технологии, ученые напечатали медные проводники для солнечных элементов, макеты печатных плат, миниатюрные копии университетской статуи Testudo и даже модели Эйфелевой башни. Такая же технология потенциально подходит для создания «проводки» в гибкой и носимой электронике, датчиках, антеннах, а также для быстрого прототипирования электронных устройств.
Новая технология может заменить традиционные процессы обработки меди — гальваническое покрытие, травление, многократное нанесение и обжиг паст. Это сокращает время и затраты, уменьшает количество отходов и делает возможным массовый переход с дорогого серебра на доступную медь в индустрии проводящих чернил.
Авторы уже основали стартап NewCopper, чтобы вывести технологию на рынок. Если ей удастся подтвердить надежность в промышленном масштабе, это может заметно удешевить производство электроники и энергетического оборудования, а также расширить возможности трехмерной и струйной печати проводящих структур в самых разных отраслях — от IoT‑устройств до архитектурных элементов с встроенными функциями.
Ранее ученые превратили шелк в инновационный материал для сетей 6G.
